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文档简介
(16)金属矿物的开发利用
一、单选题1.我国硫矿资源丰富,居世界前列,下列说法错误的是()A.硫元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态B.在纯氧中焙烧生成和C.自然界中的硫酸钙常以生石膏的形式存在,生石膏的化学式为D.重晶石的主要成分为,常用作消化系统X射线检查的内服药剂2.氮化钛(TiN)是新型耐热材料,其制备原理为,实验装置如图所示(夹持装置省略)。下列说法错误的是()A.试剂X可以是碱石灰或生石灰B.装置的连接顺序为Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ→ⅣC.先打开恒压分液漏斗旋塞,再打开管式炉加热开关D.棉花的作用是防止固体进入导管,使导管堵塞3.铝土矿主要成分是,含有、等杂质,实验室以铝土矿为原料制取铝需要经历硫酸酸浸、调pH、过滤、灼烧等操作。下列实验操作正确的是()A.配制稀 B.测定NaOH溶液的pHC.过滤含悬浊液 D.灼烧固体4.下列物质的主要成分对应不正确的是()A.胆矾: B.漂白液: C.黄铁矿: D.小苏打:5.铼(Re)是一种极其稀少的贵金属。一种以辉钼矿(主要含有以及少量等)为原料制备铼的工艺流程如下:已知“氧化焙烧”后成分有:,其中与氨水反应分别生成。下列说法错误的是()A.“氧化焙烧”时,反应后的氧化产物为和B.若改用NaOH溶液代替氨水“浸出”,滤渣成分不变C.由生成1mol,转移14mol电子D.“电沉积”后,金属铼在阴极生成6.下列有关工业制硫酸的说法正确的是()A.一般以硫磺或黄铁矿(主要成分:)为原料B.鼓入足量的空气,原料可直接转化为C.用水吸收,可提高吸收效率D.含的废气经回收可用于制备硫酸7.锌是一种浅灰色的过渡金属。在现代工业中,是电池制造上不可替代且相当重要的金属,以菱锌矿(主要成分为、ZnO,含有少量和)制备锌单质的流程如图所示:下列说法错误的是()A.的空间构型为正四面体形B.滤渣的主要成分为和C.“沉淀”步骤中,消耗的物质的量与消耗的物质的量之比为D.“热还原”过程发生了置换反应8.下列有关金属的工业制法中,正确的是()A.制铜:火法炼铜,即将黄铜矿受热分解以获得铜单质B.制铁:以铁矿石、焦炭、石灰石为原料,CO还原得铁C.制镁:用海水为原料,经一系列过程制得氧化镁固体,还原得镁D.制铝:从铝土矿制得氯化铝固体,再电解熔融的氯化铝得到铝9.工业上用铝土矿(主要成分为,含有、等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程如下:已知:①;②、、、的沸点分别为57.6℃、1023℃、300℃(升华)、180℃(升华)。下列说法不正确的是()A.步骤II发生的反应中包含B.步骤II中原料气为和C.步骤Ⅲ的尾气经足量NaOH溶液吸收,生成物中钠盐有2种D.步骤V中加入铝粉的目的是除去,提高纯度10.水热法制备的实验流程如图,下列叙述正确的是()A.本实验使用托盘天平称取固体B.调pH为2的目的是促进水解C.溶解步骤中,NaCl作反应的氧化剂D.用红外光谱仪可检验固体是否为晶体11.从废旧镍钴锰三元锂电池正极材料[主要含Li(Ⅰ)、Ni(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)等金属的氧化物]中回收钴的一种流程如下:已知:高锰渣中锰以的形式存在。下列说法正确的是()A.“溶浸”中被还原B.“脱铝”得到的滤渣成分是C.“脱锰”的离子方程式为:D.“系列操作”含蒸发结晶、洗涤、干燥12.某矿石主要成分为,含有、等杂质。以该矿石为原料制备的工艺流程如下图所示:下列说法正确的是()A.在实验室模拟进行“焙烧”可以选用石英坩埚B.滤渣1只含有C.物质Y可选用,也可选用氨水D.“沉铈”时消耗的与物质的量之比为2∶313.工业上以钛铁矿(,其中Ti为+4价)为主要原料制备金属钛的工艺流程如图所示。下列说法错误的是()A.Ti位于元素周期表中第4周期ⅣB族B.氯化时,被氧化的元素有碳和铁C.制备Ti时,Ar气做保护气,可用氮气代替D.氯化时,每生成0.1mol,转移电子0.7mol14.某研究小组利用软锰矿(主要成分为,另含少量铁、铝、铜、镍的化合物)作脱硫剂,通过如下简化流程,既脱除燃煤尾气中的,又制得电池材料。下列叙述错误的是()A.X可能是B.若滤渣2是CuS和NiS,则Y一定是C.还原酸浸时,参与的反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1D.氧化时发生的离子方程式:15.锰用于生产多种重要的合金,工业上由碳酸锰矿(主要成分为,还含等)制备锰的工艺流程如图所示。下列说法错误的是()A.“浸渣”的主要成分可用于制造陶瓷和耐火材料B.“氧化”时消耗的过氧化氢与的物质的量之比为1:2C.“沉铁”时发生反应的离子方程式为D.“电解”过程中提高电解质溶液的酸度,电解效率降低16.是一种压电材料。实验室以纯净为原料,采用下列路线模拟工业制备,“焙烧”所得产物的物质的量之比为1:4。下列说法错误的是()A.“焙烧”步骤中固体R为炭粉,作还原剂B.“浸取”步骤应选用的酸是稀硫酸C.“浸取”过程中会产生有毒气体,需要在通风橱中进行D.“沉淀”产品的热分解方程式为二、多选题17.一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下:下列说法错误的是()A.“沉镁”时可能发生反应:B.在实验室中“煅烧”时使用的仪器为坩埚,同时需要用玻璃棒不断搅拌C.“氯化”过程中发生的反应为气体分子数增加的反应D.不可以通过直接灼烧晶体的方法得到无水固体18.一种利用含钴废料(主要成分为,还含有少量等杂质)制备的工艺流程如下.下列说法错误的是()已知:常温下,部分金属离子沉淀的pH如下表.金属离子开始沉淀的pH8.52.23.47.8完全沉淀的pH10.03.04.59.4A.“酸浸”时可用代替B.“调pH”的范围为4.5~7.8,滤液中残留的C.气体X可在“调pH”操作单元回收利用D.“高温焙烧”时的化学方程式:19.利用镍铂靶材废料(主要成分为以及微量的单质)回收铂的一种工艺流程如图所示。下列说法错误的是()已知:①隔绝空气“煅烧”时有两种单质生成,其中一种是;②室温下:.A.“酸浸”时为加快化学反应速率,须在较高温度下进行B.“沉铂”时,若向的溶液中加入等体积的溶液,使沉淀完全,则溶液的最小浓度为(忽略溶液混合后体积的变化)C.“操作1”中包括过滤及沉淀的洗涤、干燥,洗涤沉淀时最好选用饱和溶液D.隔绝空气“煅烧”时每生成,理论上产生标准状况下20.以钢铁厂锌灰(主要成分为,含少量的等)为原料制备高纯氧化锌的工艺流程如下:下列说法正确的是()A.滤渣Ⅰ的主要成分是B.加入试剂a的目的是提取铜中的锌C.氢氧化铁的D.若取步骤Ⅲ后的固体煅烧,得到产品,则21.(钴酸锂)常用作锂离子电池的正极材料。以某海水(含浓度较大的LiCl、少量、、等)为原料制备钴酸锂的一种流程如下:已知:①的溶解度随温度升高而降低;②常温下,几种难溶物质的溶度积数据如下:物质下列说法错误的是()A.高温时“合成”反应的化学方程式为B.滤渣1主要成分有、C.“洗涤”时最好选用冷水D.“除杂2”调时,溶液中三、填空题22.科学家最近首次发现像大脑一样学习的材料——。某小组以接触法制硫酸的废催化剂(主要成分是,含少量等杂质)为原料制备的流程如下:已知:①难溶于水,易溶于水;②③几种金属离子氢氧化物沉淀的。金属氢氧化物开始沉淀的2.74.04.6完全沉淀的3.75.26.0请回答下列问题:(1)“碱浸”中提高反应速率的可行措施有___________(答出两条)。(2)有人建议:在“酸浸”和“调”之间加入适量双氧水,理由是___________。(3)理论上,为实现完全沉淀,应调节,在工业生产中,常调节,其目的是___________(用化学用语和必要的文字说明)。(4)“高温还原”中试剂X可能是,如果制备等量的(氧化产物都是),则还原剂的物质的量之比为___________。(5)“煅烧2”需要在流动空气中煅烧的目的是___________。(6)将产品溶于强碱溶液,加热煮沸,淍节为8.5,把溶液稀释成溶液,取稀释后的溶液于锥形瓶中,加入酼酸酸化的KI溶液(过量),溶液中的还原产物为,滴加指示剂,用溶液滴定,重复三次,溶液中测得数据如下表所示:序号起始读数终点读数①0.2021.55②0.0220.12③0.0319.93该产品的纯度为___________%(保留3位有效数字)。如果加入稀酼酸过多,会使测定结果偏高,其原因是___________(用离子方程式表示)。23.钒(V)广泛应用于冶金、化工、航天等领域。一种以钒渣(主要成分是、等)为原料制取金属钒的工艺流程如图所示:
已知:①具有强氧化性,主要存在于的溶液中,时转化成酸式多钒酸盐。②溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的如下表所示:金属离子开始沉淀时的1.97.08.18.9沉淀完全时的3.29.010.110.9回答下列问题:(1)中为价,的化合价为___________;基态原子价层电子排布图为___________。(2)“焙烧Ⅰ”中将和空气分别加入炉中,焙烧将转化为和的化学方程式为___________。(3)“酸浸”所得浸出液中除含有外,还含有的金属阳离子有___________。(4)“沉钒”可得到沉淀,“焙烧Ⅱ”中发生反应的化学方程式为___________。(5)“沉钒”所得滤液中加入氨水调节溶液,过滤得到沉淀和溶液A,溶液A中浓度为,为尽可能多地回收,并避免中混入,应控制___________。24.一种以锌精矿(主要成分是,还含有铁、钴、铜等元素的氧化物)为原料制备纯锌并将其它金属元素回收利用的工艺流程如下:已知:①锌精矿在高温焙烧过程中部分转化为铁酸锌(),铁酸锌不溶于稀硫酸②黄钠铁矾是一种浅黄色晶体,过滤及沉淀性能较好,但溶液酸性较强时不易生成③;;回答下列问题:(1)常温下,“含尘烟气”中的用氨水吸收至溶液的时,的平衡常数________.(2)“调pH①”试剂X可选用________.(3)“一段沉积”和“二段沉积”刚开始加入锌粉时,反应速率较小,一段时间后反应速率显著增大,请解释此现象产生的原因________.(4)“沉铁”步骤中,pH不宜过大或过小,原因是________,“沉铁”时生成黄钠铁矾的离子方䅠式为________.(5)电解废液可返回到________.操作进行循环利用.(6)“沉钴”的离子方程式为________.四、实验题25.是生活中常用的消毒剂。已知在酸性介质中墨绿色的易发生歧化反应,生成和,回答下列问题:实验(一)制备。(1)“熔融”时分批加入粉末的目的是______,“熔融”时不需选用的仪器是______(填标号)。A.铁坩埚 B.玻璃棒 C.泥三角 D.坩埚钳(2)“抽滤”时选择乙装置,相对甲,乙的主要优点是______(任写一条)。(3)“歧化”时锰元素进入产品的百分率约为______%(保留三位有效数字),用盐酸代替的后果是______。(4)工业上,常用“电解”代替“歧化”,提高锰元素利用率,电解的总反应方程式为______。实验(二)测定产品纯度。取wg溶于水配成250mL溶液,取25.00mL于锥形瓶中,加入适量稀硫酸酸化,用标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液VmL。(5)下列叙述正确的是______(填标号)。A.滴定终点时溶液由无色变为紫红色B.滴定时眼睛始终注视锥形瓶中溶液颜色变化C.若锥形瓶未干燥,测得结果会偏高D.本实验需要托盘天平、量筒、容量瓶、滴定管等(6)该产品的纯度为______。
参考答案1.答案:B解析:A.硫元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态,游离态的硫主要存在于火山口附近,化合态的硫主要以硫化物、硫酸盐等形式存在,A正确;B.在纯氧中焙烧生成和,B错误;C.自然界中的硫酸钙常以生石膏的形式存在,生石膏的化学式为,C正确;D.重晶石的主要成分为,不溶于水也不溶于酸,常用作消化系统X射线检查的内服药剂,D正确;答案选B。2.答案:B解析:A.浓氨水中加入氧化钙、氢氧化钠或碱石灰可以产生氨气,因此试剂X可以是碱石灰或生石灰,A正确;B.氯化钙能吸收氨气,不能干燥氨气,所以装置的连接顺序为Ⅰ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅲ,B错误;C.需要利用氨气排尽装置中的空气,所以先打开恒压分液漏斗旋塞,再打开管式炉加热开关,C正确;D.由于气体的气流也可能把固体小颗粒插入导管中,所以棉花的作用是防止固体进入导管,使导管堵塞,D正确;答案选B。3.答案:C解析:不能在容量瓶中直接稀释溶液,A项错误;测定溶液的pH时应用玻璃棒蘸取溶液点在试纸上与标准比色卡对比读数,B项错误;用装置丙过滤悬浊液,操作正确,C项正确;灼烧固体时应选用坩埚,且加热固体物质时试管口应该向下倾斜,D项错误。4.答案:A解析:5.答案:B6.答案:D解析:A.工业制硫酸过程中,一般将硫磺或黄铁矿(主要成分:)为原料在氧气中焙烧生成,A错误:B.硫磺或黄铁矿和氧气反应生成,不能直接得到,B错误;C.工业制硫酸过程中,用浓硫酸吸收,可提高吸收效率,避免产生酸雾,C错误;D.二氧化硫废气经回收后也可用于制备硫酸,避免污染且综合利用,D正确;故选D。7.答案:C解析:A.的空间构型为正四面体形,故A正确;B.滤渣的主要成分为和,故B正确;C.“沉淀”时会先与未反应完的反应,因此消耗的二氧化碳量比多,故C错误;D.是置换反应,故D正确。综上所述,答案为C。8.答案:B解析:A.黄铜矿()中Fe的化合价为+2,工业上用黄铜矿冶炼铜的反应:,该反应不是分解反应,故A错误;B.工业上常用CO在高温下还原铁矿石炼铁:,故B正确;C.工业上以海水为原料,经过一系列过程获得无水氯化镁,工业制镁是电解熔融氯化镁:(熔融),故C错误;D.因为氯化铝是共价化合物,熔融状态下氯化铝不电离,也不导电,工业制铝是电解熔融的氧化铝:(熔融),故D错误;故选B。9.答案:C解析:铝土矿粉和焦炭在300℃焙烧,固体水分挥发、气孔数目增多,固体混合物和氯气、氧气在950℃加热,和先被焦炭还原为Al、Fe、Si,该过程生成CO,后Al、Fe、Si分别和反应生成对应的氧化物,,CO和反应生成,后冷却到100℃,尾气为、多余的和变成固体,得到氯化铝的粗品,加入氨化钠熔融,铝的金属活动性强于铁,加铝粉,可以将氯化铝的粗品中的氯化铁中的铁置换出来,生成铁和氯化铝,氧化铝在300℃升华,得到成品氯化铝。A.工业用焦炭还原二氧化硅冶炼粗硅,,故A正确:B.固体混合物和氯气、氧气在950℃加热,和先被焦炭还原为Al、Fe、Si,后Al、Fe、Si分别和反应生成对应的氧化物,步骤II中原料气为和,故B正确:C.步骤III冷却到100℃,尾气为、多余的,尾气经足量NaOH溶液吸收,生成物中有碳酸钠、氯化钠、次氯酸钠、硅酸钠,故C错误;D.铝粉,可以将氯化铝的粗品中的氯化铁中的铁置换出来,生成铁和氯化铝,步骤中加入铝粉的目的是除去,提高纯度,故D正确;选C。10.答案:B解析:A.托盘天平为粗量器,不能用于称量0.825g二水钨酸钠,故A错误;B.由分析可知,加入盐酸调节溶液pH为2的目的是促进钨酸钠水解,使钨酸钠转化为钨酸,故B正确;C.由分析可知,向二水钨酸钠中加入氯化钠后,加入去离子水溶解得到钨酸钠和氯化钠的混合溶液,则溶解步骤中没有新物质生成,属于物理变化,故C错误;D.检验晶体和非晶体最科学的方法是X射线衍射,则用X射线衍射实验可检验三氧化钨固体是否为晶体,故D错误;故选B。11.答案:C解析:“溶浸”中与Co(III)、Mn(IV)发生氧化还原反应,被氧化为硫酸钠,Co(III)、Mn(IV)都被还原为+2价,“脱铝”得到的滤渣成分是和硫酸钻,滤液中加入除去锰元素,经过处理得到硫酸钴溶液,一系列处理后得到硫酸钴晶体。A.“溶浸”中被氧化,A错误;B.“脱铝”得到的滤渣成分是和硫酸䥾,B错误;C.根据得失电子守恒以及电荷、原子守恒,“脱锰”的离子方程式为:,C正确;D.“系列操作”含蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,D错误;故选C。12.答案:C解析:A.焙烧后的酸性气体为HF,能和二氧化硅反应,不可以使用石英容器,A错误;B.滤渣1的成分主要有不反应的二氧化硅、生成的磷酸铁、磷酸钙(硫酸钙),至少三种,B错误;C.物质Y和溶液中氢离子反应调节pH,使得溶液中铁离子转化为沉淀而除去,且不影响后续Ce的沉淀分离,故可选用,也可选用氨水,C正确;D.“沉铈”时与反应生成沉淀和二氧化碳、水,反应为,与物质的量之比为1:3,D错误;故选C。13.答案:C解析:14.答案:B解析:B.除铜镍步骤加入Y,除,若滤渣2是CuS和NiS,Y最好是MnS,除去杂质,且不引入新杂质,故B错误。15.答案:B解析:碳酸锰矿中仅有不溶于,故“浸渣”的主要成分为,可用于制造玻璃光导纤维、陶瓷和耐火材料等,A说法正确;过氧化氢还会被生成的催化分解,故“氧化”时消耗的过氧化氢与的物质的量之比应大于1:2,B说法错误;“沉铁”时发生反应的离子方程式为,C说法正确;若“电解”过程中过度提高电解质溶液的酸度,大量会在阴极上放电,导致电解效率降低,D说法正确。16.答案:B解析:17.答案:BC解析:A.“沉镁”是将Mg转化为,用CaO或者,可能发生反应:,故A正确;B.在实验室中“煅烧”时使用的仪器为坩埚,坩埚灼烧不能用玻璃棒不断搅拌,故B错误;C.“氯化”过程中在氯气氛围中高温煅烧氧化镁和碳混合物将镁转化为氯化镁,反应方程式为,反应为气体分子数不变的反应,故C错误;D.直接灼烧晶体不能得到无水氯化镁,只能得到氢氧化镁固体,如果要从晶体的方法得到无水固体需要在HCl氛围中灼烧,故D正确;故选BC。18.答案:AC解析:中钴元素化合价由+2、+3组成,含钴废料加入硫酸酸浸能与金属氧化物反应生成、,不反应过滤为滤渣,过氧化氢能将氧化为,加入氨水调pH得到沉淀,加入碳酸氢铵沉钴,气体X为,碳酸钴和碳酸锂在氧气作用下高温焙烧生成,和二氧化碳。A.根据分析,“酸浸时过氧化氢作用是将氧化为,而具有弱氧化性,因此不能代替,故A错误;B.由表中数据可知:pH=3.0时沉淀完全,pH=4.5时沉淀完全,“调pH的范围为4.5~7.8,滤渣的主要成分为,此时溶液中,故B正确;C.“沉钴步骤向溶液加入溶液,此反应有,生成,该反应的化学方程式为,不能进入“调pH"'操作单元回收利用,故C错误;D.“高温焙烧时碳酸钴被氧化为,氧化剂为氧气,反应的化学方程式:,故D正确;故选AC。19.答案:AB解析:20.答案:BC解析:21.答案:BC解析:B.根据流程图,“除杂1”是除去,“除杂2”是除去,滤渣1主要成分有,故B错误;C.的溶解度随温度升高而降低,“洗涤”时最好选用热水,故C错误。22.答案:(1)粉碎废料、适当加热或适当增大溶液浓度或搅拌等(2)煅烧1的烧渣溶于酸得到的溶液中含有(3),碱性条件促进平衡向左移动,生成更多的(4)1:2:2(5)及时带走,避免还原(6)①.77.2%②.解析:(1)粉碎废料、适当加热、适当增大氢氧化钠溶液浓度、搅拌等措施能提高碱浸的反应速率,故答案为:粉碎废料、适当加热或适当增大溶液浓度或搅拌等;(2)由分析可知,四氧化三铁溶于稀硫酸得到硫酸铁和硫酸亚铁的混合溶液,溶液pH为8时,亚铁离子不能转化为沉淀,所以在酸浸和调pH之间应加入适量双氧水,将溶液中亚铁离子氧化为铁离子,便于调节溶液pH时转化为氢氧化铁沉淀除去,故答案为:煅烧1的烧渣溶于酸得到的溶液中含有;(3)钒元素在溶液中存在如下平衡:,调节溶液pH为8使溶液呈碱性,减小溶液中的氢离子浓度,使平衡向逆反应方向移动,有利于生成更多的钒酸根离子,故答案为:,碱性条件促进平衡向左移动,生成更多的;(4)由分析可知,高温还原发生的反应为五氧化二钒与还原剂X高温下反应生成二氧化钒,设反应生成生成二氧化钒的物质的量为1mol,由得失电子数目守恒可知,反应消耗碳、一氧化碳、草酸的物质的量为mol、mol、mol,则三种还原剂的物质的量比为mol:mol:mol=1:2:2,故答案为:1:2:2;(5)由分析可知,煅烧2发生的反应为钒酸铵煅烧分解生成五氧化二钒和氨气,反应生成的氨气具有还原性,可能还原五氧化二钒,所以煅烧时应在流动空气中煅烧,利用空气带走氨气,防止五氧化二钒被还原,故答案为:及时带走,避免还原;(6)由题意和得失电子数目守恒可得如下转化关系:,由表格数据可知,三次实验消耗硫代硫酸钠溶液的体积分别为21.5mL、20.10mL、19.90mL,第一次实验误差较大,应舍去,则滴定消耗硫代硫酸钠溶液的平均体积20.00mL,则该产品的纯度为×100%≈77.2%,硫代硫酸钠溶液能与稀硫酸反应生成硫酸钠、硫、二氧化硫和水,反应的离子方程式为,如果加入稀酼酸过多,过量的硫酸会使消耗的硫代硫酸钠溶液的体积偏大,导致测定结果偏高,故答案为:77.2%;。23.答案:(1)+3;
(2)(3)(4)(5)9.4解析:(1)中为价,的化合价为+3;钒为23号元素原子,基态V原子的电子排布式为或[Ar],故价层电子排布图为
;(2)“焙烧I”中和氧化镁、氧气反应,转化为和,化学方程式为;(3)钒渣在空气中焙烧后,+2价铁被氧化为+3价,“酸浸”过程中镁、铁也会和硫酸反应转化为相应的盐溶液,故所得浸出液中除含有、外,还含有的金属阳离子有Mg2+、Fe3+;(4)“沉钒”可得到沉淀,“焙烧Ⅱ”中分解得到,根据质量守恒可知,还会生成氨气和水,发生反应的化学方程式为;(5)由表格可知,镁离子为,pH=8.9开始沉淀,此时pOH=5.1,则氢氧化镁的;溶液A中浓度为,则氢氧根离子浓度为,pOH=4.6,则pH=9.4。24.答案:(1)(2)或或(3)锌粉置换出的铜覆盖在锌的表面,形成原电池,增大反应速率(4)pH过小时黄钠铁矾不易生成,pH过大时生成沉淀(5)浸出(6)解析:(1)该反应平衡常数;(2)“调pH①”时,时,试剂X最宜选用不引入新杂质且能和过量稀硫酸反应的物质,故可选或或;(3)锌粉置换出的铜覆盖在锌的表面,可以形成原电池装置,从而增大反
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