2022年高二化学选修2寒假学业分层测评：10化学与材料的发展 Word版含解析

学业分层测评(十)

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。下列关于金属的一些说法中不正确的是(　　)

A．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同

B．工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的

C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子

D．越活泼的金属越难冶炼

【解析】　金属镁的制备是通过电解熔融的氯化镁制得，而金属铝是通过电解熔融的氧化铝得到，因为氯化铝是共价化合物，B项错误。

【答案】　B

2．我国商务部公布，我国铁矿石等原材料出口大幅度回落，保证我国钢铁工业的健康发展。铁矿石用于冶炼金属铁，下列关于铁的冶炼说法正确的是

(　　)

A．冶炼铁的原料有赤铁矿(主要成分是Fe3O4)、焦炭、石灰石和空气

B．炼铁高炉中还原剂焦炭将铁从铁矿石中还原出来

C．黄铜矿(CuFeS2)可冶炼出Cu、Fe，同时可制取硫酸

D．石灰石在冶铁过程中参与了氧化还原反应

【解析】　铁矿石主要有：磁铁矿(主要成分Fe3O4)、赤铁矿(主要成分Fe2O3)、褐铁矿(主要成分2Fe2O3·3H2O)、黄铁矿(主要成分FeS2)。首先是焦炭在高炉中生成还原性气体CO：C＋O2CO2，CO2＋C2CO；CO再还原Fe2O3：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2↑。所以还原Fe2O3的是CO而不是焦炭。石灰石的作用是除脉石，形成炉渣，发生的是分解和化合反应：CaCO3CaO＋CO2↑，SiO2＋CaOCaSiO3。

【答案】　C

3．关于金属铝的说法正确的是(　　)

A．冶炼金属铝时铝水温度极高，若外溢极易引发安全事故

B．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗酸和碱的物质的量之比为1∶2

C．工业上是通过电解熔融的铝土矿制备金属铝的

D．镁铝合金的硬度很大，熔点也很高

【解析】　金属铝与酸、碱反应的本质是与溶液中的H＋反应产生H2。消耗铝的量相等时，转移的电子数相等，产生的H2的量也相等，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。铝土矿的主要成分是Al2O3，同时也含有Fe2O3、SiO2及泥沙等杂质，除去这些杂质得到纯的Al2O3，再电解Al2O3即可获得Al。

【答案】　A

4．在炼铁、炼钢过程中都有碳参加反应。下列有关碳参加反应的叙述正确的是(　　)

A．两个过程中碳原子都被氧化，都只起着提供热源的作用

B．炼铁过程中碳被氧化，既起产生热量的作用，又起产生CO的作用

C．炼钢过程中碳被还原，从而达到降低含碳量的目的

D．炼铁过程中碳参加反应，只起产生CO的作用

【解析】　在炼铁时，焦炭的主要作用有两个：一是通过焦炭燃烧放出大量热，提供炼铁过程所需的热量；二是产生炼铁所需的还原剂CO。在炼铁过程中碳被氧化。炼钢时用来降低碳含量的主要反应为C＋FeOCO↑＋Fe，这个反应在碳被氧化的同时吸收热量。综合以上分析，可知A、C、D选项是错误的。

【答案】　B

5．下列可被工业上采用的冶金方法是(　　)

A．电解熔融的氯化铝制铝

B．电解熔融的氯化镁制镁

C．电解氯化钠溶液制钠

D．高温下用H2还原氧化镁制镁

【解析】　氯化铝是共价化合物，熔融状态下以分子状态存在，其中缺少自由移动的离子，不导电，故不能用电解熔融氯化铝的方法制铝，A不可选；含Na＋、Mg2＋、Al3＋的水溶液电解时，电子被H＋得到，因而电解这样的水溶液是得不到金属单质的，C不可选；比Al活泼的金属很难用一般的还原剂(如H2、CO、C等)把它们从化合物中还原出来，况且，MgO的熔点很高，工业上制取镁是采用电解熔融MgCl2的方法，D不可选。

【答案】　B

6．金属K与Na金属性相近，用K与钠盐共熔时，很难将Na从混合物中分离。若调整温度到一定程度，则可用Na与KCl反应制取金属K。已知四种物质的熔、沸点如下：

可推知，用Na与KCl反应制K的适宜温度是(　　)

A．97.8 ℃～770 ℃　　　 B．770 ℃～774 ℃

C．774 ℃～882.9 ℃  D．1413 ℃～1500 ℃

【解析】　由题意知Na＋KClNaCl＋K↑。本反应不是利用金属的活泼性，主要利用K的沸点比钠的低，使K在加热时挥发出来，因此，温度应选择774 ℃～882.9 ℃。

【答案】　C

7．下列金属的工业制法中正确的是(　　)

A．制钛：用金属钠置换出四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛

B．炼铁：用焦炭与空气反应产生的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁

C．制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯净氯化钠溶液得到金属钠

D．炼铝：宜用高温条件下的热分解法制单质铝

【解析】　本题考查金属冶炼的问题。首先钠与水反应，A项错误；B项正确；电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气，这是氯碱工业，没有金属钠生成，C项错误；宜用电解法炼铝，D项错。

【答案】　B

8．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是(　　)

A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化

B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应

C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol e－

D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化

【解析】　由Fe3O4＋8e－―→3Fe＋4O2－，知1 mol Fe3O4(磁铁矿)被还原为Fe时应转移8 mol电子。

【答案】　C

9．用氢气、碳、一氧化碳分别与等质量的氧化铁在高温下反应，使氧化铁中的铁全部还原出来，消耗氢气、碳、一氧化碳的质量比为(　　)

A．1∶1∶1  B．1∶3∶14

C．1∶6∶14  D．2∶1∶2

【解析】　等质量的氧化铁在反应时得到的电子的物质的量是相等的，所以根据氧化还原反应中电子得失守恒原则，可知氢气、碳、一氧化碳在反应中要失去等物质的量的电子。三者都失去4 mol电子时，氢气需要2 mol，质量是4 g；碳需要1 mol，质量是12 g；一氧化碳需要2 mol，质量是56 g。

【答案】　B

10．铅的冶炼大致过程如下：

①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；②焙烧：2PbS＋3O22PbO＋2SO2；③制粗铅：PbO＋CPb＋CO↑；PbO＋COPb＋CO2。下列说法正确的是(　　)

A．浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化

B．方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbO

C．整个冶炼过程中，制取1 mol Pb共转移2 mol电子

D．将1 mol PbS完全冶炼成Pb理论上至少需要6 g碳

【解析】　焙烧方铅矿(PbS)的反应中还原剂是PbS，还原产物是PbO和SO2，B错误；冶炼过程中，由1 mol PbS制取1 mol Pb转移4 mol电子()，C错误；

Pb的冶炼过程：

→2 mol Pb因此，1 mol PbS完全冶炼成Pb，理论上至少需要0.5 mol C，即6 g碳。

【答案】　D

[能力提升]

11．冶炼金属一般有下列方法：①焦炭法；②水煤气(或氢气或一氧化碳)法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业中均有运用。

(1)请对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入表中空格。

火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式为(写主要的两个)

____________________________________________________、

____________________________________________________。

(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程式表示)；

①____________________________________________________；

②____________________________________________________；

③____________________________________________________；

④____________________________________________________。

【答案】　(1)①　③　③　④

Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O

C＋2CuO2Cu＋CO2↑

(2)①3C＋Fe2O32Fe＋3CO

②3H2＋WO3W＋3H2O　Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

③4Al＋3MnO23Mn＋2Al2O3

④2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑

12．下图是传统的工业生产金属铝的基本流程图，结合铝生产的流程图解答下列各题：

(1)工业冶炼金属铝用的是铝土矿，铝土矿的主要成分是________(填化学式)。石油炼制和煤的干馏产品________(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。

(2)氧化铝熔点高达2 050 ℃，工业上为了降低能量消耗，在金属铝的冶炼中采取的措施是____________________________________________________

____________________________________________________。

(3)在冶炼过程中，阳极材料需要定期进行更换，原因是该极材料不断被消耗，产生这种现象的原因是：______________(用化学方程式表示)。

(4)工业上制取金属镁时是电解熔融MgCl2，电解反应方程式为____________________。镁和铝都是活泼金属，为什么在电解冶炼过程中，一个用氯化物，一个用氧化物？

____________________________________________________

____________________________________________________。

【解析】　该题以工业冶炼金属铝为载体考查了原料的判断、原理的诠释以及能量的合理利用。

(1)铝土矿的主要化学成分是Al2O3，另外还有SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O等，电解前必须进行提纯。石油炼制、煤的干馏的固体物质的成分为碳，具有导电性，可以作为阳极和阴极材料。

(2)纯净Al2O3的熔点很高，而其电解必须在熔融状态下进行，若采用纯净的Al2O3进行电解，则加热熔融需要耗费大量的能量，所以工业上采用加入冰晶石(Na3AlF6)和氟化钙(CaF2)助熔。

(3)工业冶炼铝的关键操作是电解，电解时阳极发生氧化反应，熔融物中的O2－失电子，生成O2，在电解过程中阳极的材料碳逐渐与生成的氧气反应，在高温条件下生成CO2。

(4)因为MgCl2为离子化合物，熔融时能发生电离；AlCl3为共价化合物，熔融时不发生电离；再者MgO熔点很高，很难熔化，耗能太大。

【答案】　(1)Al2O3　碳素材料

(2)加入冰晶石(Na3AlF6)和少量CaF2

(3)C＋O2CO2

(4)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑

因为MgO熔点太高，MgCl2熔点低，电解MgCl2耗能少。AlCl3是共价化合物，熔化时不能发生电离

13．工业制备铝一般是从铝土矿(主要成分是Al2O3，含有Fe2O3杂质)中得到纯净的Al2O3，然后电解Al2O3得到铝。下图是从铝土矿中提纯Al2O3的简单示意图，其中涉及的一个反应是2NaAlO2＋CO2＋3H2O===Na2CO3＋2Al(OH)3↓。

(1)图示中(1)的实验操作是________；图示中(2)加入的试剂是________。

(2)试推断物质：B________，C________，H________，

F________。(填化学式)

(3)写出化学方程式：

①____________________________________________________；

②____________________________________________________；

③____________________________________________________；

④____________________________________________________。

【解析】　溶液B中通入CO2产生沉淀，说明B溶液为NaAlO2溶液，则向铝土矿中加入的试剂①是NaOH溶液，操作(1)是过滤；则溶液D为Na2CO3，反应②为Ca(OH)2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaOH。

【答案】　(1)过滤　Ca(OH)2

(2)NaAlO2　Fe2O3　CaCO3　Al2O3

(3)①Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O

②Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH

③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O

④2Al2O34Al＋3O2↑

14．金属热还原法广泛用于冶金过程中。用金属A(或其合金)作还原剂在高温下将另一种金属B的化合物还原以制取金属B(或其合金)的方法，通常是按还原剂来命名。

(1)用铝作还原剂生产金属铬，称为铝热法。化学方程式为

____________________________________________________

____________________________________________________。

铝的亲氧性除用于冶炼难熔金属外，还用于制取耐高温的金属陶瓷。例如将铝粉、石墨和二氧化钛或其他高熔点金属的氧化物按一定比例混合均匀，然后在高温下煅烧，即生成耐热的(TiC)，该反应的化学方程式为

____________________________________________________

____________________________________________________。

(2)用硅作还原剂还原V2O3冶炼钒，称为硅热法。化学方程式为____________。硅(特别是硅铁)的价格比铝低，所以硅热法在铁合金及某些金属的生产中占有重要地位。但硅的还原能力不如铝。为使硅热还原更易进行，常加入CaO作溶剂，试分析加入CaO的作用：

____________________________________________________

____________________________________________________。

(3)试写出克劳尔法用镁热还原TiCl4生产海绵钛的化学方程式：

____________________________________________________

____________________________________________________。

【解析】　根据题目信息“用金属A(或其合金)作还原剂在高温下将另一种金属B的化合物还原以制取金属B(或其合金)的方法，通常是按还原剂来命名”可知铝热法就是利用铝作还原剂制取金属，硅热法就是利用硅作还原剂制取金属。

【答案】　(1)2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3

4Al＋3TiO2＋3C2Al2O3＋3TiC

(2)3Si＋2V2O34V＋3SiO2

使之与反应产物SiO2结合成CaSiO3，使反应更容易进行

(3)2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti