11.金屬材料在國(guó)防建設(shè)中起著重要的作用,如圖1為殲-15飛機(jī)在遼寧艦上起飛.

(1)鋁合金用于制造飛機(jī)的外殼,鋁合金材質(zhì)的主要優(yōu)點(diǎn)是硬度大、密度。
(2)改裝前的遼寧艦艦身銹跡斑斑,鋼鐵的銹蝕主要是鐵與空氣中的氧氣與水蒸氣共同作用的結(jié)果.鐵銹的成分主要是Fe2O3(填化學(xué)式).
(3)為了避免輪船的鋼質(zhì)外殼被腐蝕,通常在輪船外殼上鑲嵌比鐵活動(dòng)性強(qiáng)金屬.小明為探究鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性順序,設(shè)計(jì)了如圖2的兩個(gè)實(shí)驗(yàn):
①實(shí)驗(yàn)一中,小明以“金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢”為標(biāo)準(zhǔn)來判斷鋅、鐵的活動(dòng)性強(qiáng)弱,有同學(xué)認(rèn)為不夠合理,理由是所用酸的種類不同 
②實(shí)驗(yàn)二中,若出現(xiàn)鐵絲表面附著紅色固體現(xiàn)象,可證明鐵的活動(dòng)性強(qiáng)于銅,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe+CuSO4═FeSO4+Cu
(4)遼寧艦的建造耗費(fèi)了大量的鋼材.某興趣小組在實(shí)驗(yàn)室用圖3所示裝置模擬煉鐵的化學(xué)原理,并測(cè)定赤鐵礦中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(裝置氣密性良好,CO2被充分吸收,氧化鐵反應(yīng)完全且赤鐵礦中的雜質(zhì)不參加反應(yīng),稱重赤鐵礦樣品的質(zhì)量為Wg).

①裝置A中生成鐵的化學(xué)方程式Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO2,裝置C的作用是將CO燃燒防止其污染空氣
②要測(cè)定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù),需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是裝置A在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化或裝置B在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化.
③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明鋅、鐵、銅三種金屬的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱,要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象和結(jié)論.
實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論
分別取少量硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液于兩支試管中,將鐵絲分別浸入兩溶液中,觀察現(xiàn)象浸入硫酸銅溶液中的鐵絲表面出現(xiàn)紅色固體,溶液由藍(lán)色逐漸變?yōu)闇\綠色;浸入硫酸鋅溶液的鐵絲無明顯變化金屬活動(dòng)性順序:
Zn>Fe>Cu

分析 (1)根據(jù)鋁合金的性質(zhì)分析;
(2)根據(jù)鐵生銹的條件及銹的主要成分分析回答;
(3)①?gòu)目刂谱兞康慕嵌冗M(jìn)行分析;
②根據(jù)鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的現(xiàn)象分析回答;
(4)①一氧化碳在高溫下還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳;根據(jù)一氧化碳能污染空氣分析裝置C的作用;
②由于氧化鐵與一氧化碳反應(yīng)生成了鐵和二氧化碳,只要測(cè)出反應(yīng)后裝置A中藥品的質(zhì)量,就可計(jì)算出反應(yīng)前后減少的質(zhì)量,減少的質(zhì)量就是氧化鐵中氧的質(zhì)量,從而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量,進(jìn)而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù);或測(cè)出反應(yīng)前后裝置B增加的質(zhì)量,即生成的二氧化碳的質(zhì)量,根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量再計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量,進(jìn)而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù).
③根據(jù)鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱關(guān)系為鋅>鐵>銅,要比較三種金屬的活潑性的大小,采取“三取中”的方法,即取鐵絲分別放入硫酸鋅溶液和硫酸銅溶液,鐵絲不能與硫酸鋅溶液發(fā)生反應(yīng),說明鐵的活動(dòng)性不如鋅強(qiáng);鐵絲能置換出硫酸銅中的銅,說明鐵的活動(dòng)性比銅強(qiáng).

解答 解:(1)因鋁合金材質(zhì)強(qiáng)度大、密度小,所以鋁合金可用于制造飛機(jī)的外殼;故填:硬度大、密度小;
(2)鋼鐵的銹蝕,實(shí)際上是鐵跟水和氧氣共同作用的結(jié)果;銹的主要成分是Fe2O3.故填:氧氣與水蒸氣;Fe2O3
(3)①?gòu)膱D可以看出選取的酸的種類不同,因此以“金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢”為標(biāo)準(zhǔn)來判斷鋅、鐵的活動(dòng)性強(qiáng)弱不夠合理;故填:所用酸的種類不同;
②實(shí)驗(yàn)二中,若鐵絲表面出現(xiàn)紅色物質(zhì),可證明鐵的活動(dòng)性強(qiáng)于銅,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:Fe+CuSO4═FeSO4+Cu;故填:鐵絲表面附著紅色固體;Fe+CuSO4═FeSO4+Cu;
(4)①一氧化碳在高溫下還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳,反應(yīng)的化學(xué)方程式是:Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO2;由于一氧化碳能污染空氣,所以裝置C的作用是:將CO燃燒防止其污染空氣.故填:Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO2;將CO燃燒防止其污染空氣;
②由于氧化鐵與一氧化碳反應(yīng)生成了鐵和二氧化碳,只要測(cè)出反應(yīng)后裝置A中藥品的質(zhì)量,就可計(jì)算出反應(yīng)前后減少的質(zhì)量,減少的質(zhì)量就是氧化鐵中氧的質(zhì)量,從而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量,進(jìn)而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù);或測(cè)出反應(yīng)前后裝置B增加的質(zhì)量,即生成的二氧化碳的質(zhì)量,根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量再計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量,進(jìn)而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù).所以,要測(cè)定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù),需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是裝置A在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化或裝置B在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化.故填:裝置A在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化;裝置B在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化;
③由于鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱關(guān)系為鋅>鐵>銅,要比較鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱關(guān)系,常采用“三取中”的方法,即取兩根光亮的鐵絲,然后分別放入盛有硫酸鋅和硫酸銅溶液的兩支試管中,放入硫酸鋅溶液的鐵絲無明顯變化,說明鐵的活動(dòng)性不如鋅強(qiáng);放入硫酸銅溶液的鐵絲表面出現(xiàn)紅色物質(zhì),說明鐵的活動(dòng)性比銅強(qiáng).可以得出活動(dòng)性由強(qiáng)到弱為鋅>鐵>銅.故填:

實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論
分別取少量硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液于兩支試管中,將鐵絲分別浸入兩溶液中,觀察現(xiàn)象.浸入硫酸銅溶液中的鐵絲表面出現(xiàn)紅色固體,溶液由藍(lán)色逐漸變?yōu)闇\綠色;浸入硫酸鋅溶液的鐵絲無明顯變化.金屬活動(dòng)性順序:
Zn>Fe>Cu

點(diǎn)評(píng) 本題難度較大,綜合性較強(qiáng).掌握常見合金的優(yōu)點(diǎn)、鋼鐵銹蝕的原理和除銹原理以及根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析、解決問題方法是解決本題的關(guān)鍵.

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