课时1 金属矿物的开发利用

金属的活泼性越强，越容易与其他元素形成化合物，其化合物越不容易被还原，导致该金属的冶炼越难，所以决定金属使用年代先后顺序的关键因素是金属的活泼性，金属使用年代的先后顺序与金属的导电性、延展性及金属元素在地壳中的含量无太大关系，选 $ {\rm \mathrm{A}} $ 。

$ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}} $ 比 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 活泼，不能用铝热法冶炼，通常用电解熔融的氯化镁的方法冶炼， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 处于金属活动性顺序中的中间位置，通常是用还原剂（ $ {\rm \mathrm{C}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 、活泼金属等）将 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 从其化合物中还原出来， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确； $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{g}} $ 为不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{g}} $ 从其化合物中还原出来， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确； $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 为活泼金属，通常用电解熔融 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 的方法冶炼， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

火法炼铜利用了①焦炭还原法， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；湿法炼铜是铁置换硫酸铜溶液中的铜，是③活泼金属置换法， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；铝热法炼铁，是铝还原高熔点的金属氧化物，属于③活泼金属置换法， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；高炉炼铁利用了①焦炭还原法， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

工业上金属 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}} $ 通过电解熔融 $ {\rm {\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 冶炼，而 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 通常用热还原法冶炼，方法不同， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；炉甘石 $ {\rm ({\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3})} $ 高温下被 $ {\rm \mathrm{C}} $ 还原为 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 并生成 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}} $ ，反应为 $ {\rm {\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}+2\mathrm{C}\xlongequal{高温}\mathrm{Z}\mathrm{n}+3\mathrm{C}\mathrm{O}↑} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；煤炭干馏生成焦炭、煤焦油等新物质，是化学变化， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；火法炼锌需高温，但反应在还原环境中进行，注入大量空气会消耗还原剂 $ {\rm \mathrm{C}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

若 $ {\rm \mathrm{X}} $ 是盐酸，则 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 都会溶解，形成可溶的 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；在反应Ⅱ中，若将 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 换成稀硫酸、稀盐酸， $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 是两性氢氧化物，会被过量强酸溶解，不能得到 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 沉淀， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；过量 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 与 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a} [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4} ]} $ 反应产生 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 、 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 沉淀，反应的离子方程式为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+ [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4}{ ]}^{-}\xlongequal{}\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}↓+{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；由于金属活动性： $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l} > \mathrm{F}\mathrm{e}} $ ，因此 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 不能置换出 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ ，所以在工业上不能采用 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 还原 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 的方法制 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ ，应采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

6．废易拉罐的主要成分为 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ ，含有少量的 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}} $ 杂质， $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液能溶解 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 并生成 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a} [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4} ]} $ ，但不溶解其他金属杂质，过滤，向滤液中加入 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ ， $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 与 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a} [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4} ]} $ 反应生成 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 沉淀，向 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 中加入稀硫酸、 $ {\rm {\mathrm{K}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ ，反应生成 $ {\rm \mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l}({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4})_{2}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 。

（1） 废易拉罐的主要成分为 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ ，但其中含有少量的 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}} $ ，为尽量少引入杂质，只溶解 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ ，不溶解 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}} $ ，故不能用酸溶解； $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 不与氨水反应，不能用氨水溶解，只能用 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液溶解。

（2） 易拉罐溶解过程中 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 和 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，主要反应的离子方程式为 $ {\rm 2\mathrm{A}\mathrm{l}+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}+6{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}2 [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4}{ ]}^{-}+3{\mathrm{H}}_{2}↑} $ 。

（3） 滤液 $ {\rm \mathrm{A}} $ 中的溶质是 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a} [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4} ]} $ ， $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a} [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4} ]} $ 和 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 反应生成氢氧化铝沉淀，因此沉淀 $ {\rm \mathrm{B}} $ 的化学式为 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 。

（4） 由 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 生成 $ {\rm \mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l}({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4})_{2}} $ 的化学方程式为 $ {\rm 2\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}+3{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}+{\mathrm{K}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}\xlongequal{}2\mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l}({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4})_{2}+6{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 。

（5） $ {\rm 30\mathrm{m}\mathrm{L}1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ 的 $ {\rm \mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l}({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4})_{2}} $ 溶液中 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}}^{3+}} $ 的物质的量为 $ 0.03\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，向溶液中逐渐加入浓度为 $ {\rm 4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ 的 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液，产生 $ {\rm 0.78\mathrm{g}\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 白色沉淀，即沉淀的物质的量为 $ 0.01\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 。分两种情况讨论，第一种情况：向含 $ {\rm 0.03\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{A}\mathrm{l}}^{3+}} $ 的溶液中逐滴加入 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 至开始产生 $ {\rm 0.01\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 沉淀，根据 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}↓} $ ，可知生成 $ {\rm 0.01\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 沉淀消耗 $ {\rm 0.03\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ ， $ {\rm V(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}溶液)=\dfrac{n}{c}=\dfrac{0.03\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}}=0.0075\mathrm{L}} $ ，即 $ {\rm 7.5\mathrm{m}\mathrm{L}} $ ；第二种情况：先加 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液至沉淀完全，再继续加入 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液至沉淀溶解到还剩 $ 0.01\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，根据 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}}^{3+}+3{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}↓} $ ，当 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{l}}^{3+}} $ 沉淀完全时消耗 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 物质的量为 $ 0.09\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，再根据 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}+{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{} [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4}{ ]}^{-}} $ ，溶解 $ {\rm 0.02\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 消耗 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 的物质的量为 $ 0.02\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ，共消耗 $ {\rm 0.11\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ ， $ {\rm V(\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}溶液)=\dfrac{n}{c}=\dfrac{0.11\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}}=0.0275\mathrm{L}} $ 即 $ {\rm 27.5\mathrm{m}\mathrm{L}} $ 。