Question

4．金屬是一種重要的材料，人類的生活和生產(chǎn)都離不開金屬，全世界每年因生銹損失的鋼鐵，約占世界年產(chǎn)量的十分之一．

（1）興趣小組的同學(xué)想探究鋼鐵銹蝕的條件，他將一個干凈的鐵釘放入試管中（如圖一），定期觀察并記錄現(xiàn)象．圖一中最先銹蝕的部位B（填寫A、B或C）；
舉出一種防止鋼鐵銹蝕的具體方法刷油漆；
（2）根據(jù)圖二的應(yīng)用實(shí)例，試說出金屬具有的一點(diǎn)物理性質(zhì)導(dǎo)電性或?qū)�熱性（或延展性）�?br />（3）鋁的活動性比鐵強(qiáng)，但鋁在空氣中卻表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性，原因是鋁的表面形成致密的氧化膜；
（4）圖5中不同的金屬被開發(fā)、利用的年代不同，決定這一先后順序的關(guān)鍵因素是A；
A．金屬的活動性           B．金屬的導(dǎo)電性
C．金屬的延展性           D．地殼中金屬元素的含量

（5）用質(zhì)量相等的鎂粉和鋁粉，分別與溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同、等質(zhì)量的稀鹽酸充分反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量和反應(yīng)所用時間的關(guān)系如圖三所示．則下列說法中正確的是AB；
A．曲線a、b分別表示鎂、鋁的反應(yīng)情況
B．鹽酸均反應(yīng)完，鋁剩余
C．鹽酸均反應(yīng)完，鎂、鋁也恰好完全反應(yīng)
D．鎂、鋁都反應(yīng)完，鹽酸有剩余
（6）聯(lián)想到工業(yè)上用鐵礦石冶煉鐵，他們在實(shí)驗(yàn)室用CO還原氧化鐵，實(shí)驗(yàn)如圖4
①A、B處發(fā)生的現(xiàn)象分別是A固體由紅變黑、B石灰水變渾濁；
②為了防止溶液倒吸，本實(shí)驗(yàn)停止加熱前是否要先斷開A和B的連接處？不需要（填“需要”或“不需要”）．
③該小組同學(xué)欲檢驗(yàn)CO還原Fe₂O₃生成了單質(zhì)鐵，請你簡述他們可能設(shè)計(jì)的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案（包括實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象及結(jié)論）：實(shí)驗(yàn)操作：用小試管取待測樣品少量，加入適量的稀鹽酸
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：有氣泡產(chǎn)生，溶液變?yōu)闇\綠色
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：一氧化碳還原氧化鐵生成的固體是鐵．
（7）興趣小組的同學(xué)又準(zhǔn)確稱取了11.5克生鐵樣品，放入裝有100.0g稀硫酸（足量）的燒杯中（燒杯質(zhì)量為55.0g）．在化學(xué)反應(yīng)過程中對燒杯（包括溶液和殘余固體）進(jìn)行了四次稱量，
記錄如表．

反應(yīng)時間	t0	t1	t2	t3
燒杯和藥品的質(zhì)量/g	166.5	166.3	166.1	166.1

求：①反應(yīng)中產(chǎn)生氫氣0.4克；
②該生鐵樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（結(jié)果精確到0.1%）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)鐵生銹的條件，分析防銹方法；
（2）根據(jù)金屬的用途與性質(zhì)之間的關(guān)系解答．
（3）分析鋁在空氣中所發(fā)生的變化，解釋雖然鋁的活動性比鐵強(qiáng)，但卻表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性的原因；
（4）利用圖中數(shù)據(jù)，對比大規(guī)模開發(fā)、利用的與金屬其它因素間的關(guān)系，判斷與金屬大規(guī)模開發(fā)、利用的先后順序有關(guān)的因素．
（5）由已知：“用質(zhì)量相等的鎂粉和鋁粉，分別與溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同、等質(zhì)量的稀鹽酸充分反應(yīng)”，若酸完全反應(yīng)，金屬都剩余，則生成氫氣相等，若金屬完全反應(yīng)，則生成氫氣一定不相等．
（6）回顧一氧化碳還原氯化鐵的實(shí)驗(yàn)，回答對該實(shí)驗(yàn)的操作所提出的問題．根據(jù)鐵的金屬活動性比氫強(qiáng)，能與稀鹽酸反應(yīng)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；
（7）由表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可判斷第四次稱量時已完全反應(yīng)，利用質(zhì)量守恒定律，可計(jì)算放出氫氣的質(zhì)量；
根據(jù)化學(xué)方程式求出鐵的質(zhì)量，進(jìn)而求出生鐵中鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）鐵生銹的過程是鐵與氧氣、水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以與水面接觸的地方易生銹，因此可以通過刷油漆的方法防止生銹．
（2）金屬能做成導(dǎo)線是因?yàn)橛袑?dǎo)電性，抽成絲是因?yàn)橛醒诱剐�，做成鍋是因�(yàn)閷?dǎo)熱性．
（3）鋁在空氣中與氧氣化合，在鋁的表面生成致密的氧化鋁薄膜（或氧化鋁膜），阻止了鋁進(jìn)一步與氧氣的接觸；
（4）由圖示信息可得到，金屬大規(guī)模開發(fā)、利用的先后順序跟③金屬的活動性、⑤金屬冶煉的難易程度相關(guān)，活動性強(qiáng)的金屬冶煉難度大，使用則較晚；
（5）根據(jù)化學(xué)方程式：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑；2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑進(jìn)行計(jì)算：
A、因?yàn)殒V的活動性比鋁的活動性強(qiáng)，鎂反應(yīng)速度快，故A說法正確；
B、如果鹽酸均反應(yīng)完，鎂恰好完全反應(yīng)，鋁有剩余，故B說法正確；
C、如果鎂、鋁都反應(yīng)完，則產(chǎn)生的氫氣一定不等，說法不正確．
D、鹽酸均反應(yīng)完，鎂、鋁都反應(yīng)完，生成的氫氣一定相等，故D說法正確；
故選AB；
（6）一氧化碳還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，故看到的現(xiàn)象為固體由紅變黑，澄清石灰水變渾濁，為防止生成的鐵被氧化，實(shí)驗(yàn)結(jié)束前還要繼續(xù)通一氧化碳直到冷卻，故不需要斷開，鐵的金屬活動性比氫強(qiáng)，能與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，可用小試管取待測樣品少量，加入適量的稀鹽酸，觀察到有氣泡產(chǎn)生，溶液變?yōu)闇\綠色，說明生成的固體是鐵．
（7）反應(yīng)前總質(zhì)量一反應(yīng)后總質(zhì)量=生成氫氣的質(zhì)量，反應(yīng)完畢后總質(zhì)量為166.1g，所以氫氣質(zhì)量=11.5+100g+55g-166.1g=0.4g
解：設(shè)鐵的質(zhì)量為x
Fe+H₂SO₄ =FeSO₄ +H₂↑；
56              2
x             0.4g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.4g}$
x=11.2g 
生鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{11.2g}{11.5g}×100$%=97.4%
故答案為（1）B；涂油；
（2）良好導(dǎo)電性（或?qū)�熱性等）�?br />（3）4Al+3O₂═2Al₂O₃；
（4）A； （5）AB_；
（6）①固體變黑、澄清石灰水變渾濁；②不需要．
③實(shí)驗(yàn)操作：用小試管取待測樣品少量，加入適量的稀鹽酸
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：有氣泡產(chǎn)生，溶液變?yōu)闇\綠色
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：一氧化碳還原氧化鐵生成的固體是鐵
（7）①0.4；
②97.4%．

點(diǎn)評 本題通過一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)讓同學(xué)們了解煉鐵的原理，通過對反應(yīng)前后物質(zhì)的變化來判斷現(xiàn)象以及對最后的環(huán)境污染物進(jìn)行處理，是同學(xué)們應(yīng)掌握的基本技能．注意：用CO、H₂還原氧化銅時應(yīng)注意操作的先后順序：應(yīng)先通氣體，以便把裝置中的空氣趕凈，然后再給試管加熱．