2021版高考化学一轮复习核心素养测评九用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物含解析新人教版

2021版高考化学一轮复习核心素养测评九用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物含解析新人教版

用途广泛的金属材料和开发利用金属矿物 一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)‎ ‎1.(2019·海南高考)我国古代典籍中有“石胆……浅碧色，烧之变白色者真”的记载，其中石胆是指 (　　)‎ A.CuSO4·5H2O　　　B.FeSO4·7H2O C.ZnSO4·7H2O D.KAl(SO4)2·12H2O ‎【解析】选A。在选项给出的四种物质中只有CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O晶体有色，而ZnSO4·7H2O和KAl(SO4)2·12H2O均为无色晶体，CuSO4·5H2O加热分解生成CuSO4和H2O，CuSO4呈白色；而FeSO4·7H2O加热生成的Fe2O3呈红棕色，所以符合题意的物质是CuSO4·5H2O，故合理选项是A。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　下列说法中正确的是 (　　)‎ A.Cu→CuO→Cu(OH)2每步转化均能通过一步反应实现 B.铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点高 C.金属铜放置在潮湿的空气中会被锈蚀，生成绿色的铜锈——碱式碳酸铜 D.金属铝、铁、铜都有一定的抗腐蚀性能，其抗腐蚀的原因都是表面形成氧化物薄膜，阻止反应的进一步进行 ‎【解析】选C。CuO→Cu(OH)2不能通过一步实现，A错误；铝合金比纯铝的熔点低，B错误；金属铜放置在潮湿的空气中会被锈蚀，生成铜绿，C正确；铜表面不能形成致密的氧化膜，D错误。‎ ‎2.(2020·衡水模拟)某医科大学附属医院消化内科医师讲到治疗“烧心”的药物，是指抑制胃酸分泌的药物，又称抑酸剂，目前用量很大。主要用于胃溃疡和胃食管反流病的患者，前者使用时间比较短，而后者使用时间长，症状轻者可间断使用，症状严重者则需终身服药。双羟基铝碳酸钠是医疗上常用的一种抑酸剂，其化学式是NaAl(OH)2CO3。关于该物质的说法正确的是 (　　)‎ A.该物质属于两性氢氧化物 B.该物质是Al(OH)3和Na2CO3的混合物 C.1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗3 mol H+‎ - 10 -‎ D.该药剂不适合于胃溃疡患者服用 ‎【解析】选D。双羟基铝碳酸钠属于盐，A错误；它是一种化合物，属于纯净物，不是混合物，B错误；1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗4 mol H+，C错误；由于能与胃酸反应放出CO2气体，不适合于胃溃疡患者服用，D正确。‎ ‎3.(2020·邯郸模拟)某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是 (　　)‎ A.将铜丝插入浓硫酸中加热，反应后把水加入反应器中，观察硫酸铜溶液的颜色 B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成 C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体 D.将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿 ‎【解析】选D。反应后，应将反应后液体倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌，A错误；应将铜丝加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中，B错误；CuCl2水解生成的盐酸易挥发，加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体，C错误；铜绿与盐酸反应后可以除去，D正确。‎ ‎4.(双选)(2019·广州模拟改编)下列有关铝及其化合物的叙述正确的是(　　)‎ A.铝粉与氧化镁共热可制取金属镁 B.污水中的重金属离子，常加入明矾除去 C.向氯化铵溶液中投入一铝片，铝片上产生大量气泡，该气体是氢气 D.铝箔在氯气中燃烧可制备无水三氯化铝 ‎【解析】选C、D。镁比铝活泼，不能用铝粉制取镁，A错误；明矾只能使污水中的悬浮物沉降，不能除去重金属离子，B错误；氯化铵溶液显酸性，与铝反应产生氢气，C正确；铝在氯气中燃烧生成AlCl3，D正确。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共26分)‎ ‎5.(12分)(2020·南昌模拟)为了确定一批合金废料的成分并加以回收利用，某同学拟定了以下实验方案：‎ ‎(已知Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑)‎ - 10 -‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)从上述信息可确定该合金中一定含有Fe和________(填化学式)。 ‎ ‎(2)“试剂a”是一种不引入杂质的绿色氧化剂，该氧化剂的化学式为__________；滤渣D与稀硫酸和试剂a总反应的化学方程式为_________________。 ‎ ‎(3)若反应①产生的气体是H2，则验证滤液A只含NaAlO2不含Na2SiO3的方法是：取少量滤液A于试管中，_______________________； ‎ 如果滤液A只含NaAlO2而不含Na2SiO3，则反应①的离子方程式为 ___________。 ‎ ‎【解析】(1)最终生成胆矾，一定含有铜。‎ ‎(2)H2O2是绿色氧化剂；H2O2在酸性条件下，氧化铜的方程式为Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O。‎ ‎(3)如果含有Na2SiO3，则Na2SiO3与酸反应生成H2SiO3沉淀，此沉淀不与过量的酸反应，所以最终白色沉淀不消失。‎ 答案：(1)Cu　(2)H2O2‎ Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O ‎(3)逐滴滴加稀盐酸(或稀硫酸)至过量，先产生白色沉淀，然后沉淀完全溶解 ‎2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑‎ ‎6.(14分)镁在工业、医疗等领域均有重要用途。某小组利用工厂废弃物(主要含MgCO3、MgSiO3、Al2O3和Fe2O3等)设计回收镁的工艺流程如下：‎ 各种阳离子开始沉淀(浓度均为0.1 mol·L-1)和结束沉淀时的pH：‎ 金属阳离子 Fe3+‎ Al3+‎ Mg2+‎ 开始沉淀pH ‎1.1‎ ‎3.0‎ ‎8.4‎ 结束沉淀pH ‎3.0‎ ‎4.7‎ ‎10.8‎ ‎(1)酸浸前将“废料”粉碎，酸浸过程中采用“加热、适当提高稀硫酸的浓度等”措施的目的是_________，为达到此目的，还可以采取的措施是____________(任写一条)。 ‎ ‎(2)滤渣1的名称是______________。 ‎ ‎(3)第一次调节pH的目的是____________________________。为了提高产品的纯度，试剂X不可能是__________(填序号)。 ‎ - 10 -‎ A.氨水　　B.MgO　　C.MgCO3　　D.CuO ‎ 设计简单方案分离滤渣2中的成分，简述实验过程： ______________。 ‎ ‎(4)生成滤渣3的离子方程式为______________________。工业上由滤渣3得到镁锭发生的最后一步化学方程式为____________________。 ‎ ‎【解析】(1)增大固体的表面积、升高温度、搅拌、增大硫酸的浓度等均可加快反应速率。‎ ‎(2)MgSiO3与硫酸生成硫酸镁和硅酸。‎ ‎(3)第一次调节溶液的pH目的是除去Fe3+和Al3+，得到Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。加入CuO 虽能调节pH，但是引入了Cu2+杂质。分离Fe(OH)3和Al(OH)3，利用Al(OH)3的两性，先将滤渣2溶于NaOH溶液中，过滤；向滤液中通入CO2，过滤。‎ ‎(4)生成滤渣3的反应是加入的氨水与Mg2+反应生成Mg(OH)2，同时生成硫酸铵。将Mg(OH)2变为Mg的步骤，两步即可：先与盐酸反应生成氯化镁，再电解熔融的氯化镁。‎ 答案：(1)提高酸浸速率　搅拌　 ‎ ‎(2)硅酸(或原硅酸)‎ ‎(3)使Fe3+、Al3+沉淀　D　‎ 溶于适量氢氧化钠溶液，过滤得Fe(OH)3；向滤液中通入适量CO2，过滤得Al(OH)3‎ ‎(4)Mg2++2NH3·H2OMg(OH)2↓+2N MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　某工业含铜废料含有Cu、CuO、CuS、CuSO4等成分，利用该含铜废料可生产硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·3H2O]，生产的工艺流程如图所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)“焙烧”过程中除生成SO2的反应外，另外一个反应的化学方程式是_________________。 ‎ ‎(2)“酸化”过程为加快反应速率，可采用的措施有 ___________(写出一条即可)， “酸化”的目的是 __________________________。 ‎ - 10 -‎ ‎(3)若试剂a为Zn，则“置换”的离子方程式为_______________________， ‎ 滤液中溶质的化学式是___________________。 ‎ ‎(4)“淘洗”的作用是_________________， 若图中淘洗液的主要溶质与滤液的溶质相同，则试剂b是__________。 ‎ ‎(5)“反应”一步中使用20% HNO3和10% H2O2，整个过程无红棕色气体产生，则发生反应的化学方程式为______________________________________； ‎ 若该步骤只使用20% HNO3，随着反应的进行，温度升高，出现大量红棕色气体，则还原剂与氧化剂的物质的量之比为____________________________。 ‎ ‎(6)“一系列操作”是指化学实验操作，这些操作的名称是__________。 ‎ ‎【解析】(1)加热条件下，Cu被O2氧化为CuO。‎ ‎(2)将焙烧物粉碎可增大固体物质与硫酸的接触面积；升高反应温度、增大反应物浓度均能加快化学反应速率。“酸化”的目的是使CuO溶解转化为Cu2+。‎ ‎(3)Zn的还原性比Cu强，故Zn与Cu2+反应生成Cu和Zn2+；过滤后滤渣为Cu(含有Zn)，滤液为硫酸锌溶液。‎ ‎(4)“淘洗”的目的是除去前面加入的过量锌，因此试剂b为稀硫酸。‎ ‎(5)“反应”过程中无红棕色气体产生，由此推知反应不生成NO或NO2，则反应的化学方程式为Cu+H2O2+2HNO3Cu(NO3)2+2H2O。根据生成大量红棕色气体可知生成的是NO2，因还原剂为Cu，化合价由0升高至+2，氧化剂为HNO3，其中N的化合价由+5降低为+4，由氧化还原反应中得失电子守恒可知该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶2。‎ ‎(6)“反应”后的溶液为Cu(NO3)2，经过蒸发、结晶、过滤可得到目标产物。‎ 答案：(1)2Cu+O22CuO ‎(2)将焙烧物粉碎、升高酸化温度、适当提高硫酸浓度(任写一条)　将CuO转化为Cu2+‎ ‎(3)Zn+Cu2+Zn2++Cu　ZnSO4‎ ‎(4)除去过量的Zn　稀硫酸 ‎(5)Cu+H2O2+2HNO3Cu(NO3)2+2H2O　1∶2‎ ‎(6)蒸发、结晶、过滤(或蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤)‎ 一、选择题(本题包括3小题，每题6分，共18分)‎ ‎1.利用如图装置做铝热反应实验，下列说法不正确的是 ‎ - 10 -‎ ‎(　　)‎ A.该反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3‎ B.该反应会产生高温，发出强光 C.根据铝热反应的原理，可以冶炼某些金属 D.若反应中转移3 mol电子，消耗氧化剂的物质的量是1 mol ‎【解析】选D。铝热反应方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3，A正确；铝热反应会放出大量的热，B正确；根据铝热反应的原理，可以冶炼某些金属，C正确；反应中转移3 mol电子，消耗Fe2O3的物质的量是0.5 mol，D错误。‎ ‎2.(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：‎ 下列叙述错误的是 (　　)‎ A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用 B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+‎ D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠 ‎【解析】选D。由于废旧电池中含有重金属离子等物质，所以合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，A正确；根据流程可知，正极片中的金属元素主要有Al、Fe、Li三种，所以从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li，B正确；由于含磷酸亚铁锂滤渣被混酸溶解，而混酸具有强氧化性，所以溶解后铁元素以Fe3+的形式存在，故“沉淀”反应的金属离子为Fe3+，C正确；由于硫酸锂是可溶性盐，所以用硫酸钠代替碳酸钠无法沉淀锂离子，D错误。‎ - 10 -‎ ‎3.(双选)(2020·潍坊模拟改编)烧瓶中，铜与浓硫酸反应结束后，铜片未完全溶解。若向反应后的溶液中加入相关物质，下列说法正确的是 (　　)‎ A.滴加浓NaOH溶液立即有蓝色沉淀生成 B.加入铁粉，铁粉不溶解 C.通入O2并加热，铜片继续溶解 D.加入NaNO3固体，铜片溶解 ‎【解析】选C、D。铜与浓硫酸反应，随着反应进行，浓硫酸变为稀硫酸，反应停止，Cu和硫酸均剩余。滴加浓NaOH溶液，NaOH先与硫酸反应，故开始无蓝色沉淀生成，A错误；加入铁粉，生成的CuSO4及剩余的H2SO4均能与Fe反应，铁粉溶解，B错误；通入O2并加热，发生反应：2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O，铜片继续溶解，C正确；加入NaNO3固体，发生反应：3Cu+8H++2N3Cu2++‎ ‎2NO↑+4H2O，铜片溶解，D正确。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　下列有关说法正确的是 (　　)‎ A.工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的 B.铜在空气中能形成一层致密的氧化物薄膜 C.CuSO4溶液中通入CO2气体产生蓝色沉淀 D.若铜锈的主要成分为Cu2H2CO5，其中铜锈中Cu为+2价，C为+4价 ‎【解析】选D。Mg用电解法制取，A错误；铜在空气中被腐蚀生成铜绿Cu2(OH)2CO3，B错误；C项不符合强酸制取弱酸的原理，C错误；Cu2H2CO5中Cu为+2价，C为+4价，D正确。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共32分)‎ ‎4.(16分)(2019·赤峰模拟)铜及其化合物在工农业生产领域有着重要的用途，氯化铜、氯化亚铜经常用作催化剂。其中CuCl广泛应用于化工和印染等行业。‎ ‎【查阅资料】(ⅰ)氯化铜：从水溶液中结晶时，在15 ℃以下得到四水物，在15～25.7 ℃得到三水物，在26～42 ℃得到二水物，在42 ℃以上得到一水物，在100 ℃得到无水物。‎ ‎(ⅱ)‎ - 10 -‎ ‎(1)实验室用如图所示的实验仪器及药品制备纯净、干燥的氯气并与铜反应(铁架台、铁夹略)制备氯化铜。‎ ‎①按气流方向连接各仪器接口的顺序是a→_________、________→________、________→________、______→________。 ‎ ‎②本套装置有两个仪器需要加热，加热的顺序为先________后________。 ‎ ‎(2)印刷电路板是由高分子材料和铜箔复合而成，刻制印刷电路板时，要用FeCl3溶液作为“腐蚀液”，写出该反应的化学方程式：_____________。 ‎ ‎(3)现欲从(2)所得溶液获得纯净的CuCl2·2H2O，进行如下操作：‎ ‎①首先向溶液中加入H2O2溶液然后再加试剂X用于调节pH，过滤，除去杂质，X可选用下列试剂中的________(填序号)。 ‎ a.NaOH　　b.NH3·H2O　　c.CuO　　d.CuSO4‎ ‎②要获得纯净CuCl2·2H2O晶体的操作步骤：向①所得滤液中加少量盐酸，蒸发浓缩、________、________、洗涤、干燥。 ‎ ‎(4)用CuCl2·2H2O为原料制备CuCl时，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质，若杂质是CuCl2，则产生的原因是________________________。 ‎ ‎(5)设计简单的实验验证0.1 mol·L-1的CuCl2溶液中的Cu2+对H2O2的分解具有催化作用： ________________________。 ‎ ‎【解析】 (1)①用装置A制备Cl2，制得的Cl2中混有HCl、H2O(g)，所以将气体先通过盛饱和食盐水的装置C除去HCl，再通过盛浓硫酸的装置E干燥Cl2，用纯净、干燥的Cl2与Cu反应制备CuCl2；由于Cl2会污染大气，最后用盛放NaOH溶液的装置B吸收尾气；同时注意洗气时导气管应长进短出；按气流方向连接各仪器接口的顺序是：a→d、e→h、i→f、g→b。‎ ‎②实验室用MnO2和浓盐酸加热制Cl2，Cu与Cl2加热反应制备CuCl2，则装置A和装置D需要加热；为了防止Cu与空气中的O2反应生成CuO，所以实验时必须先加热装置A产生Cl2，用生成的Cl2赶尽装置中的空气后再加热装置D。‎ ‎(2)Cu与FeCl3溶液反应生成CuCl2和FeCl2。‎ - 10 -‎ ‎(3)①向(2)所得溶液中加入H2O2溶液将Fe2+氧化成Fe3+，加入试剂X调节pH除去Fe3+。a项，加入NaOH可调节pH除去Fe3+，但引入新杂质Na+；b项，加入NH3·H2O可调节pH除去Fe3+，但引入新杂质N；c项，加入CuO可调节pH除去Fe3+，且不引入新杂质；d项，加入CuSO4不能除去Fe3+。‎ ‎②根据题给资料(ⅰ)要获得CuCl2·2H2O需控制温度在26～42 ℃。‎ ‎(4)根据资料(ⅱ)，CuCl2·2H2O在HCl气流中加热到140 ℃失去结晶水生成CuCl2，继续加热到温度大于300 ℃时生成CuCl和Cl2，若发现CuCl中含有杂质CuCl2，产生的原因是加热温度低或加热时间不够。‎ ‎(5)要证明0.1 mol·L-1 CuCl2溶液中的Cu2+对H2O2的分解具有催化作用可采用控制变量法，控制H2O2溶液等浓度、等体积，两溶液中Cl-浓度相同。‎ 答案：(1)①d　e　h　i　f　g　b　②A　D ‎(2)2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2‎ ‎(3)①c　②冷却到26～42 ℃结晶　过滤 ‎(4)加热温度低(或加热时间不够)‎ ‎(5)取两支试管，加入等体积、等浓度的过氧化氢溶液，一支加入几滴0.1 mol·L-1的CuCl2溶液，另一支加入几滴0.2 mol·L-1的NaCl溶液，滴加氯化铜溶液的试管产生气泡的速率快(其他合理答案也可)‎ ‎5.(16分)(2020·武汉模拟)随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”。为回收利用含钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上。部分含钒物质在水中的溶解性如表所示：‎ 物质 VOSO4‎ V2O5‎ NH4VO3‎ ‎(VO2)2SO4‎ 溶解性 可溶 难溶 难溶 易溶 该工艺的主要流程如下。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)请写出加入Na2SO3溶液发生反应的离子方程式_______________。 ‎ - 10 -‎ ‎(2)催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V2O5)能加快二氧化硫的氧化速率，此过程中产生了一连串的中间体(如图1)。其中a、c两步的化学方程式可表示为____________________， ____________________。 ‎ ‎(3)该工艺中沉钒率是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵的系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度。根据图2和图3，试建议控制氯化铵系数和温度的适宜值分别为_____________、_______________。 ‎ ‎【解析】(1)根据表格信息，V2O5难溶于水，被亚硫酸钠还原成可溶于水的VOSO4，离子方程式为V2O5+S+4H+2VO2++S+2H2O。‎ ‎(2)V2O5是催化剂，反应前后质量和化学性质不变。依题意和物质转化图知，a反应：五氧化二钒与二氧化硫反应生成三氧化硫和四氧化二钒；c反应：VOSO4在氧气作用下生成V2O5和SO3。‎ ‎(3)根据图象知，加氯化铵系数为4、温度为80 ℃时沉钒率最大。‎ 答案：(1)V2O5+S+4H+2VO2++S+2H2O ‎(2)SO2+V2O5SO3+V2O4‎ ‎4VOSO4+O22V2O5+4SO3‎ ‎(3)4　80 ℃‎ - 10 -‎