Question

8．金屬材料是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的見(jiàn)證者，人類(lèi)文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切．
（一）金屬初探
（1）硬鋁、不銹鋼是常見(jiàn)的金屬材料．它們屬于合金（選填“合金”或“純金屬”）．
（2）為了減少和避免雷電對(duì)高層建筑的危害，需安裝由金屬材料制成的避雷裝置，這主要是利用了金屬材料的B．（填序號(hào)）
A．密度大   B．導(dǎo)電性   C．導(dǎo)熱性   D．熔點(diǎn)高
（3）鋁在空氣中耐腐蝕原因是4Al+3O₂=2Al₂O₃．（用化學(xué)方程式表示）
（二）一氧化碳還原氧化鐵
某興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬煉鐵化學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)，對(duì)固體產(chǎn)物成分等進(jìn)行探究．

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】該小組按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在一定溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，一段時(shí)間后測(cè)得下列數(shù)據(jù)：
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質(zhì)量66.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量65.8g（冷卻到室溫稱量）
【分析與討論】本實(shí)驗(yàn)中，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學(xué)認(rèn)為該黑色固體全部是鐵，但小華同學(xué)提出了質(zhì)疑，于是大家提出查閱資料．
【查閱資料】①CO還原Fe₂O₃的固體產(chǎn)物的成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)；
②CO還原Fe₂O₃的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中固體產(chǎn)物可能有Fe₃O₄、FeO、Fe；
③NaOH溶液與石灰水相似，能吸收CO₂，但不變渾．（2NaOH+CO₂═2Na₂CO₃+H₂O）　　　　
④

物質(zhì)性質(zhì)	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

【實(shí)驗(yàn)與猜想】
（1）該小組同學(xué)將反應(yīng)后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
（2）進(jìn)行猜想：黑色固體粉末可能a．全部為鐵、b．全部為四氧化三鐵、c．鐵和四氧化三鐵的混合物．
【得出結(jié)論】
（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出黑色固體粉末為Fe₃O₄．
【反思與評(píng)價(jià)】
（4）一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度．上圖實(shí)驗(yàn)裝置中，應(yīng)作的一處修改是將酒精燈改為酒精噴燈．
（5）實(shí)驗(yàn)裝置圖中采用虛線框內(nèi)的裝置，其作用有AB．
A．收集CO    B．吸收CO₂    C．檢驗(yàn)CO₂
【實(shí)踐應(yīng)用】
小明和他的同學(xué)想測(cè)定某赤鐵礦石中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．用足量的CO與10g赤鐵礦石樣品充分反應(yīng)（雜質(zhì)不參與反應(yīng)），并將生成的氣體用足量的NaOH溶液完全吸收，該溶液總質(zhì)量與反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示．
（6）上述反應(yīng)產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量為6.6g；
（7）計(jì)算該赤鐵礦石中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．80%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)硬鋁、不銹鋼是常見(jiàn)的金屬材料，屬于合金進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)金屬具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性進(jìn)行分析．
（3）鋁能與空氣中的氧氣反應(yīng)生成致密的氧化物保護(hù)膜，據(jù)此書(shū)寫(xiě)方程式．
（二）（1）依據(jù)表中信息找到不能被磁鐵吸引的物質(zhì)即可；
（2）由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對(duì)黑色固體進(jìn)行猜測(cè)；
（3）依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)結(jié)合氧化鐵的化學(xué)式可求出氧化鐵中氧的質(zhì)量，再用反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量差與之比較判斷即可；
（4）一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，從而考慮裝置的改進(jìn)；
（5）依據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)且一氧化碳有毒需要進(jìn)行尾氣處理來(lái)判斷．
（6）NaOH溶液增加的質(zhì)量等于二氧化碳的質(zhì)量，
（7）根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算即可．

解答 解：（一）（1）硬鋁、不銹鋼是常見(jiàn)的金屬材料，屬于合金；
（2）為了減少和避免雷電對(duì)高層建筑的危害，需安裝由金屬材料制成的避雷裝置，這主要是利用了金屬材料的導(dǎo)電性，故選：B．
（3）鋁具有良好的抗腐蝕性能是因?yàn)椋轰X能與空氣中的氧氣反應(yīng)生成致密的氧化鋁保護(hù)膜，方程式是4Al+3O₂═2Al₂O₃；
（二）（1）依據(jù)表中信息可知不能被磁鐵吸引的物質(zhì)是氧化鐵和氧化亞鐵，固體全部能被吸引，說(shuō)明固體中一定不含有這兩者；
（2）由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對(duì)黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；兩者的混合物；
（3）依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質(zhì)量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素質(zhì)量是：6g×$\frac{3×16}{2×56+3×16}$×100%=1.8g，由于反應(yīng)前后固體的質(zhì)量差即為氧化鐵失掉的氧的質(zhì)量，所以可知反應(yīng)前后失掉的氧的質(zhì)量是：66g-65.8g=0.2g，所以該固體不可能全是鐵，固體中還有1.6g氧元素沒(méi)有失掉，假設(shè)全是四氧化三鐵則其含有的氧元素質(zhì)量是：5.8g×$\frac{4×16}{3×56+4×16}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三鐵，所以該固體粉末是四氧化三鐵；
（4）一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間．上圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中，應(yīng)作的一處修改是將酒精燈換成酒精噴燈；
（5）因?yàn)槎�氧化碳和氫氧化鈉溶液能反應(yīng)且無(wú)現(xiàn)象，一氧化碳不能與氫氧化鈉反應(yīng)；
A、由于一氧化碳不能與氫氧化鈉反應(yīng)，結(jié)合裝置的特點(diǎn)可知該裝置能收集一氧化碳，同時(shí)排出氫氧化鈉溶液；
B、二氧化碳和氫氧化鈉溶液能反應(yīng)，所以可以用來(lái)吸收二氧化碳；
C、由于二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí)沒(méi)有明顯的現(xiàn)象產(chǎn)生，所以不能用它來(lái)檢驗(yàn)二氧化碳的存在；
（6）反應(yīng)產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量為106.6g-100.0g=6.6g；故填：6.6；
（7）解：設(shè)該樣品中氧化鐵的質(zhì)量為x
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂?
         160                       132
          x                          6.6g
$\frac{160}{x}=\frac{132}{6.6g}$
x=8.0g 
赤鐵礦石中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{8.0g}{10.0g}×100%$=80%．
答：樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%．
故答案為：（一）（1）合金；（2）B；（3）4Al+3O₂=2Al₂O₃；
（二）（1）氧化亞鐵；（2）四氧化三鐵；鐵和四氧化三鐵的混合物； （3）Fe₃O₄
（4）將酒精燈改為酒精噴燈；（5）AB； （6）6.6；（7）80%．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性較強(qiáng)，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數(shù)據(jù)對(duì)混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，并會(huì)結(jié)合方程式分析即可順利解答．