- 化学与材料的发展
- 共3104题
在金属活动性顺序表中，钾、钠、铝等金属一般常用______法冶炼，位于氢以后的金属可用______法冶炼，位于中部的金属一般可用______法冶炼．
正确答案
电解
热分解
热还原
解析
解：钾、钠、铝等金属一般常用电解的方法来冶炼，位于氢以后的金属可用热分解其氧化物或其盐的办法来冶炼，位于中部的金属一般可用热还原法冶炼．
故答案为：电解；热分解；热还原．
在冶金工业上，通常均不能用化学还原剂制得的金属组是（ ）
正确答案
解析
解：A、工业上Na、Ba、Mg、Al的冶炼采用电解熔融的金属化合物的方法，不能用化学还原剂制得，故A正确；
B、工业上Zn、Fe、Cu的冶炼采用热还原法，即用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，故B错误；
C、工业上Na、K的冶炼采用电解熔融的金属化合物的方法，Zn、Fe的冶炼采用热还原法，即用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，故C错误；
D、工业上Mg、Al的冶炼采用电解熔融的金属化合物的方法，Zn、Fe的冶炼采用热还原法，即用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，故D错误；
故选A．
下列物质中，可用作冶炼镁的原料的是（ ）
正确答案
解析
解：A、冰晶石的化学式为Na3AlF6，不含镁元素，故A错误；
B、光卤石的化学式为KCl．MgCl2.6H2O，含镁元素，故B正确；
C、萤石的化学式为CaF2，不含镁元素，故C错误；
D、高岭石的化学式为Al4[Si4O10]•（OH）8，不含镁元素，故D错误；
故选B．
常见金属的冶炼方法
（1）热分解法：适用于冶炼金属活动性较差的金属（金属活动顺序表中______及其以后的金属），如：______
（2）电解法：适合冶炼活动性很强的金属（一般在金属活动性顺序表中排在______及其以前的金属）．如：______；
______；______；
（3）热还原法：用还原剂（C、CO、H2、Al等）还原金属氧化物，适用于金属活动性顺序表中的______与______之间的大多数金属的冶炼．如：______；______；______；______；______；
铝热反应实验现象及化学方程式：
实验说明：
a、Al与Fe2O3能发生铝热反应，与其它较不活泼金属氧化物也能发生铝热反应．
b、铝热反应的最大特点是放出大量的热，在生产上利用这一特点，可用于焊接钢轨，冶金工业上也常用这一原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等．如：
______Al+______MnO2═______．
正确答案
Hg
Ag
Al
K
Ca
Na
Zn
Cu
Zn
Fe
Sn
Pb
Cu
铝热剂
滴落
2Al+Fe2O3
4
3
3Mn+2Al2O3
解析
解：（1）热分解法：适用于冶炼金属活动顺序表中Hg及其以后的金属Ag等，故答案为：Hg；Ag；
（2）电解法：冶炼活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al，一般用电解熔融的氯化物（Al是电解熔融的三氧化二铝）制得，故答案为：Al；K、Ca、Na；
（3）热还原法：冶炼较不活泼的金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu，常用还原剂有（C、CO、H2等），铝热反应的原理方程式：2Al+Fe2O3
，现象是：混合物开始燃烧，有熔融的铁珠滴落下来，利用铝与金属氧化物反应，可以冶炼钒、铬、锰等，如金属锰的冶炼：3MnO2+4Al
下列有关金属冶炼的方法叙述正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．Mg是活泼金属，工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼，如果电解氯化镁溶液，阴极上氢离子放电而不是镁离子放电，所以得不到镁单质，故A错误；
B．利用铝热反应可以制备Fe、V、Mn等较不活泼金属，故B错误；
C．Fe属于较活泼金属，工业上采用热氧化还原反应法冶炼，故C错误；
D．Cu属于较活泼金属，可以采用火法或湿法冶炼，如CuO+CO
故选D．
工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如下：
对上述流程中的判断正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、Al2O3、Fe2O3和硫酸反应，SiO2和硫酸不反应，要将氧化铝和其他两种分离出来，应该选择氢氧化钠，将氧化铝溶解为偏铝酸钠，则固体难溶物是氧化铁和二氧化硅，即试剂X为氢氧化钠，沉淀中含有二氧化硅和氧化铁，故A错误；
B、铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质）中加入过量的氢氧化钠以后会生成偏铝酸钠溶液，偏铝酸盐中通二氧化碳来获得氢氧化铝沉淀，即CO2+AlO2-+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-，故B正确；
C、结合质子的能力就是指碱性，结合质子能力越强，相应的酸放出质子的能力就越弱，其对应的酸的酸性就越弱，显然酸性强弱HCO3-＞Al（OH）3＞H2O，碱性：OH-＞AlO2-＞CO32-，所以结合质子能力：OH-＞AlO2-＞CO32-，故C正确；
D、氯化铝是分子晶体，熔融时不存在铝离子，电解熔融的氯化铝不能获得金属铝，故D错误．
故选BC．
钛是继铁、铝后的第三金属，常温下钛的化学活性很小，仅能与氟气、氢氟酸等几种物质起作用．但在较高温度下，钛可与多种单质和化合物发生反应．工业上冶炼钛主要以钛铁矿、金红石（含TiO2大于96%）等为原料生产．
（1）由金红石为原料采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下：
①沸腾氯化炉中反应：TiO2（s）+2Cl2 （g）=TiCl4（l）+O2（g），在常温下能否自发进行（已知该反应△H=184kJ/mol，△S=57.74J/K）______（选填：“能”或“不能”）．
②已知：Ti（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）△H=-804.2kJ/mol；2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol；
Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol．
则TiCl4（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）△H=______kJ/mol
③海绵钛破碎后用0.5%～1.5%的盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至中性，用盐酸洗涤的目的______．
（2）科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发，找出了冶炼钛的新工艺．试回答下列有关问题．
①TiO2直接电解法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氯化钙，原理如右图所示，
②SOM技术是一种绿色环保先进技术，阳极用金属陶瓷，并用固体氧离子隔膜将两极产物隔开，阳极通入某种还原性气体，可防止CO、CO2污染物产生，通入的气体是______．
（3）海棉钛通常需要经过真空电弧炉里熔炼提纯，也可通过碘提纯法，原理为：
（a） 该反应正反应为的△H＞0
（b） 在不同温度区域，TiI4的量保持不变
（c） 在提纯过程中，I2的量不断减少
（d） 在提纯过程中，I2的作用是将粗钛从低温区转移到高温区．
正确答案
解：（1）①△G=△H-T△S=184kJ/mol-298K×0.05774kJ/K=166.79kJ＞0，所以不能自发进行，故答案为：不能；
②（I） Ti（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）△H=-804.2 kJ/mol；
（II） 2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol；
（III） Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol，
将方程式2（II）-（I）-（III）得TiCl4（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），
△H=2×（-882.0kJ/mol）-（-804.2kJ/mol）-2.6kJ/mol=-970.2kJ/mol
故答案为：-970.2；
③海绵钛中含有钠、氯化钠和钛的低价氯化物，盐酸能和钠反应，且能溶解氯化钠及钛的低价氯化物，从而得到较纯的钛，故答案为：除去其中的过量的钠并溶解氯化钠及钛的低价氯化物；
（2）①电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-，故答案为：TiO2+4e-=Ti+2O2-；
②阴极上加入的物质应该具有还原性且是气体，反应后的生成物没有污染，水没有污染，所以该气体是氢气，故答案为：H2；
（3）（a）大多数混合反应是放热反应，该反应的正反应也是放热反应，则该反应正反应的△H＜0，故错误；
（b） 高于400℃，钛和氯气反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解，所以在不同温度区域，TiI4的量不同，故错误；
（c） 在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I2的量不变，故错误；
（d） 在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I2的作用是将粗钛从低温区转移到高温区，故正确；
故选d．
解析
解：（1）①△G=△H-T△S=184kJ/mol-298K×0.05774kJ/K=166.79kJ＞0，所以不能自发进行，故答案为：不能；
②（I） Ti（s）+2Cl2（g）=TiCl4（l）△H=-804.2 kJ/mol；
（II） 2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol；
（III） Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol，
将方程式2（II）-（I）-（III）得TiCl4（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），
△H=2×（-882.0kJ/mol）-（-804.2kJ/mol）-2.6kJ/mol=-970.2kJ/mol
故答案为：-970.2；
③海绵钛中含有钠、氯化钠和钛的低价氯化物，盐酸能和钠反应，且能溶解氯化钠及钛的低价氯化物，从而得到较纯的钛，故答案为：除去其中的过量的钠并溶解氯化钠及钛的低价氯化物；
（2）①电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-，故答案为：TiO2+4e-=Ti+2O2-；
②阴极上加入的物质应该具有还原性且是气体，反应后的生成物没有污染，水没有污染，所以该气体是氢气，故答案为：H2；
（3）（a）大多数混合反应是放热反应，该反应的正反应也是放热反应，则该反应正反应的△H＜0，故错误；
（b） 高于400℃，钛和氯气反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解，所以在不同温度区域，TiI4的量不同，故错误；
（c） 在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I2的量不变，故错误；
（d） 在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I2的作用是将粗钛从低温区转移到高温区，故正确；
故选d．
下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．活泼金属采用电解熔融盐或氧化物的方法冶炼，钠属于活泼金属，工业上采用电解熔融氯化钠的方法冶炼，故A正确；
B．铝属于活泼金属，为亲氧元素，采用电解熔融氧化铝的方法冶炼，采用氢气还原Al203冶炼无法得到金属铝，故B错误；
C．金属性弱于铝的金属较高的金属可用铝热反应进行冶炼，如V、Cr、Mn、W等高熔点金属可利用利用铝热反应产生的高温来冶炼，故C正确；
D．不活泼金属可以采用加热分解法冶炼，Hg属于不活泼金属，直接加热氧化汞得到金属汞，故D正确；
故选B．
如图中的三种常用金属的开发利用之所以有先后，主要取决于（ ）
正确答案
解析
解：金属的活动性越强，冶炼的程度越难，利用的越晚，所以金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于金属的活动性大小．
故选D．
下列关于金属的冶炼，叙述错误的是（ ）
正确答案
解析
解：A．金属钠活泼，用电解法冶炼，故A正确；
B．铜的化学性质不活泼，一般火法或湿法均可制备铜，故B正确；
C．金属镁活泼，用电解法冶炼，故C错误；
D．铁可用氧化铁与铝在高温下反应来冶炼，属于铝热反应，故D正确．
故选C．
锂在原子能工业中占有十分独特的地位，被誉为“高能金属”．它推动着能源工业，尤其是电池技术的发展，无愧于“能源金属”和“推动世界前进的金属”的称号．
Ⅰ．探究金属锂的制备
工业上用硫酸与β-锂辉矿（LiAlSi206和少量钙镁杂质）在250～300℃反应，生成Li2SO4以及硅铝化合物、MgSO4等，请回答下列问题：
（1）LiAlSi206的组成用氧化物的形式表示为______；
（2）沉淀X的主要成分是（写化学式）______；
（3）锂和氢气在加热时能反应生成白色固体氢化锂，氢化锂遇到水就立即溶解并释放出大量的气体．试写出氢化锂遇水反应的化学方程式：______；
（4）将盐酸与Li2CO3，完全反应后的溶液，加热蒸干得到固体，再将其熔融电解生产锂．电解时产生的氯气中会混有少量氧气，原因是______．
Ⅱ探究金属锂的应用
（5）Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器．该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4-SOCl2电池的总反应为：4Li+2SOCl2═4LiCl+S+SO2↑．请回答下列问题：
①电池的正极上发生的电极反应为______；
（6）实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成．如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是出现白雾，有刺激性气味的气体生成，反应的化学方程式为______．
正确答案
解：（1）LiAlSi2O6可表示为：Li2O•Al2O3•4SiO2，
故答案为：Li2O•Al2O3•4SiO2；
（2）MgSO4能与氢氧化钙反应生成Mg（OH）2沉淀；氢氧化钙能与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，所以沉淀X的主要成份的化学式是CaCO3和Mg（OH）2，
故答案为：CaCO3、Mg（OH）2；
（3）锂和氢气在加热时能反应生成白色固体氢化锂，氢化锂遇到水就立即溶解并释放出大量的气体，是氢化锂和水反应生成氢气和氢氧化锂，
反应的化学方程式为：LiH+H2O═LiOH+H2↑，
故答案为：LiH+H2O═LiOH+H2↑；
（4）LiCl溶液加热蒸干，LiCl水解生成LiOH，受热分解产生Li2O，实际上电解的是LiCl和Li2O的熔融混合物，
故答案为：加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解产成Li2O，电解时产生O2；
（5）SOCl2为氧化剂，正极发生还原反应，电极方程式为：2SOCl2+4e-═4Cl-+S+SO2，
故答案为：2SOCl2+4e-═4Cl-+SO2+S；
（6）实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，可知SOCl2与水反应生成SO2和HCl，反应的方程式为SOCl2+H2O═SO2↑+2HCl↑，生成气体具有刺激性并形成酸雾，
故答案为：SOCl2+H2O═SO2↑+2HCl↑．
解析
解：（1）LiAlSi2O6可表示为：Li2O•Al2O3•4SiO2，
故答案为：Li2O•Al2O3•4SiO2；
（2）MgSO4能与氢氧化钙反应生成Mg（OH）2沉淀；氢氧化钙能与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，所以沉淀X的主要成份的化学式是CaCO3和Mg（OH）2，
故答案为：CaCO3、Mg（OH）2；
（3）锂和氢气在加热时能反应生成白色固体氢化锂，氢化锂遇到水就立即溶解并释放出大量的气体，是氢化锂和水反应生成氢气和氢氧化锂，
反应的化学方程式为：LiH+H2O═LiOH+H2↑，
故答案为：LiH+H2O═LiOH+H2↑；
（4）LiCl溶液加热蒸干，LiCl水解生成LiOH，受热分解产生Li2O，实际上电解的是LiCl和Li2O的熔融混合物，
故答案为：加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解产成Li2O，电解时产生O2；
（5）SOCl2为氧化剂，正极发生还原反应，电极方程式为：2SOCl2+4e-═4Cl-+S+SO2，
故答案为：2SOCl2+4e-═4Cl-+SO2+S；
（6）实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，可知SOCl2与水反应生成SO2和HCl，反应的方程式为SOCl2+H2O═SO2↑+2HCl↑，生成气体具有刺激性并形成酸雾，
故答案为：SOCl2+H2O═SO2↑+2HCl↑．
目前工业上冶炼铝通常采用的方法是（ ）
正确答案
解析
解：根据金属的活动性强弱选择合适的冶炼方法，一般来说，活泼金属用电解法；铝是活泼金属，所以采用电解法冶炼．
故选C．
以下方法可用于工业冶炼金属的是（ ）
正确答案
解析
解：A、工业上是电解熔融氧化铝获取金属铝，氯化铝是共价化合物，故A错误；
B、电解MgCl2熔融物可以获取金属镁，电解氯化镁溶液得到的是氢氧化镁、氢气和氯气，故B错误；
C、用CO还原铁矿石来获取金属铁是工业上炼铁的原理，属于还原法，故C正确；
D、电解饱和食盐水得到的是氢氧化钠、氢气行业氯气，电解熔融的氯化钠可以冶炼金属钠，故D错误，
故选C．
在冶金工业上，均不能用常见化学还原剂制得的金属组是（ ）
正确答案
解析
解：A．Na、Ba、Mg、Al等活泼金属用电解法冶炼，故A选；
B．Zn、Fe均用热还原法冶炼，故B不选；
C．Zn、Fe、Cu用热还原法，而Ag用热分解法，故C不选；
D．Zn、Fe均用热还原法冶炼，故D不选；
故选A．
以金红石（主要成分TiO2）为原料生产金属钛的步骤主要有：
（1）在高温下，向金红石与焦炭的混合物中通入Cl2，得到TiCl4和一种可燃气体．
（2）在稀有气体（如氦）氛围中和加热条件下，用镁与TiCl4反应得到钛．
请写出上述反应的化学方程式，并分析反应（2）中稀有气体氛围的作用．
方程式（1）______，方程式（2）______．稀有气体氛围的作用：______．
正确答案
TiO2+2C+2Cl2
2Mg+TiCl4
做保护气
解析
解：由“在高温时，将金红石、炭粉混合并通入氯气（Cl2）制得TiCl4和一种可燃性气体”可知：反应物是金红石、碳粉和氯气，生成物是四氯化钛和一氧化碳，条件是高温．因此第一步反应的化学方程式为：TiO2+2C+2Cl2
用过量的金属镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛”可知：反应物是四氯化钛和金属镁，生成物是钛和氯化镁，条件是高温．因此第二步反应的化学方程式为：2Mg+TiCl4
故答案为：TiO2+2C+2Cl2
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