Question

9．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．圖1表示了金屬活動(dòng)性（由強(qiáng)到弱）順序表中銅、錫、鐵和鋁元素被人類大規(guī)模開發(fā)、利用的大致年限．

（1）根據(jù)圖1中數(shù)據(jù)和有關(guān)的化學(xué)知識(shí)，你認(rèn)為金屬大規(guī)模開發(fā)利用的先后順序跟下列哪些因素有關(guān)③⑤．
①地殼中金屬元素的含量  ②金屬的導(dǎo)電性  ③金屬的活動(dòng)性  ④金屬的延展性  ⑤金屬冶煉的難易程度
（2）圖2A是金屬的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，利用了金屬的導(dǎo)熱性．圖2B是兩塊金屬片相互刻劃后，在純銅片上有明顯的劃痕，說明銅的硬度�。�
（3）已知在相同的條件下，金屬的活動(dòng)性越強(qiáng)，金屬和酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡（氫氣）的速度就越快．
Al、Cu、Fe三種金屬在稀鹽酸里的反應(yīng)現(xiàn)象如圖3所示：①如圖3中Y所代表的金屬是Cu（填“Cu”或“Fe”），②Al、Cu、Fe三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)锳l＞Fe＞Cu．
（4）每年世界上鋼鐵的產(chǎn)量很高，但鋼鐵的銹蝕也給人類帶來了巨大的損失．鐵在空氣中銹蝕，實(shí)際上是鐵跟氧氣和水等物質(zhì)相互作用的結(jié)果．
（5）鐵生銹有弊也有利．一化學(xué)興趣小組對(duì)某月餅包裝盒中的“脫氧劑”很好奇，他們觀察到“脫氧劑”外包裝標(biāo)注的成分為鐵粉、活性炭和氯化鈉，打開發(fā)現(xiàn)灰黑色的固體中還夾雜著少量紅棕色粉末．
【資料獲悉】①鐵系“脫氧劑”的作用原理是利用鐵能被氧氣氧化，從而達(dá)到除氧保鮮的目的．鐵被氧氣氧化最終產(chǎn)物為紅棕色的Fe₂O₃（其他產(chǎn)物忽略不計(jì)）．
②Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；        Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄．
③“堿石灰的干燥管”可以用來干燥氧氣、氫氣等氣體．
④鐵、活性炭、Fe₂O₃固體不溶于水，F(xiàn)e₂（SO₄）₃、NaCl、FeSO₄固體能溶于水．
【探究目的】小組同學(xué)欲探究該“脫氧劑”是否已經(jīng)失效，并測(cè)定10.00g樣品各成分的質(zhì)量，設(shè)計(jì)了以下探究實(shí)驗(yàn)．
【實(shí)驗(yàn)探究】（假設(shè)所有操作沒有損失）
步驟1：小剛用磁鐵接近樣品，發(fā)現(xiàn)磁鐵吸引了部分黑色固體．
步驟2：稱取10.00g樣品于一燒杯中，加足量水充分?jǐn)嚢枞芙夂螅�過濾，將濾
渣洗滌、干燥、稱得其質(zhì)量為8.32g．
步驟3：按如圖4裝置，將得到的8.32g固體與足量稀硫酸反應(yīng)，用電子秤稱得反應(yīng)前后總質(zhì)量差為0.11g．
步驟4：將錐形瓶中反應(yīng)后的液體過濾，并將濾渣洗滌、干燥后，稱得其質(zhì)量為1.20g．
步驟5：分析測(cè)算步驟4中所得濾液知：濾液中溶質(zhì)是硫酸和硫酸亞鐵，且最后分離出16.72g硫酸亞鐵．
【交流討論】
①由步驟1得出的結(jié)論是“脫氧劑”沒有失效．
②步驟2目的是除去氯化鈉，并間接測(cè)得氯化鈉的質(zhì)量，并知道它的質(zhì)量為1.68g．
③步驟4中濾渣的主要成分是碳，若沒有經(jīng)過洗滌，則稱得的質(zhì)量＞ 1.20g（填“＞”或“=”或“＜”）
④小剛認(rèn)為0.11g差值即為H₂的質(zhì)量，并由此計(jì)算出樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量為3.08g．小華提出在裝置的a導(dǎo)管處應(yīng)該再連接一個(gè)盛有堿石灰的干燥管，他這樣做的理由是除去H₂中混有的水蒸氣．
⑤小華還認(rèn)真分析題中所給資料，他認(rèn)為用產(chǎn)生H₂的質(zhì)量計(jì)算樣品中鐵的質(zhì)量不合理．其理由是：樣品中的鐵，除了與稀硫酸反應(yīng)生成H₂外，還有一部分鐵與硫酸鐵溶液反應(yīng)．
【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】小華將步驟3的裝置進(jìn)行了改進(jìn)，重新稱取10.00g樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并準(zhǔn)確測(cè)得固體與足量稀硫酸反應(yīng)前后總質(zhì)量差為0.1g．                                                              
⑥請(qǐng)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算10g該樣品中各成分的鐵和氧化鐵的質(zhì)量．（只寫出結(jié)果）
鐵：3.92g，氧化鐵：3.2g．

Answer 1

分析 （1）金屬的利用與金屬的活動(dòng)性和金屬的冶煉難易有關(guān)；
（2）根據(jù)金屬的性質(zhì)分析；通過相互刻劃，可以比較硬度；
（3）根據(jù)Y的表面沒有氣泡分析Y金屬；根據(jù)金屬與酸是否反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)生氣泡的多少比較金屬的活潑性；
（4）根據(jù)鐵生銹的原理分析判斷；
（5）根據(jù)單質(zhì)的鐵能被磁鐵吸附分析；
根據(jù)氯化鈉能溶于水，鐵粉、活性炭不易溶于水，可通過加水溶解掉氯化鈉；
根據(jù)濾渣表面粘附少量溶質(zhì)分析；
堿石灰可以吸收水分；
樣品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分別能與稀硫酸反應(yīng)外，還存在反應(yīng)：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用產(chǎn)生H₂的質(zhì)量計(jì)算樣品中鐵的質(zhì)量不合理．
根據(jù)步驟2中溶解前后的質(zhì)量差可知氯化鈉的質(zhì)量；根據(jù)步驟4中濾渣為活性炭及質(zhì)量；根據(jù)生成的氫氣的質(zhì)量為可求出與硫酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量，再結(jié)合與Fe₂（SO₄）₃反應(yīng)消耗鐵的質(zhì)量，可求出鐵的質(zhì)量，最后剩余的是氧化鐵，可知氧化鐵的質(zhì)量．

解答 解：（1）金屬大規(guī)模開發(fā)，利用的先后順序與金屬的活動(dòng)性和金屬冶煉的難易有關(guān)，故選③⑤；
（2）由于金屬具有傳熱性，可用于制炊具；通過相互刻劃，可以比較硬度．所以該實(shí)驗(yàn)探究的目的是：比較金屬的硬度；故填：導(dǎo)熱；硬度�。�
（3）由金屬與酸反應(yīng)的圖示可知：鋁、鐵能與酸反應(yīng)，鋁與酸反應(yīng)最劇烈，說明了鋁最活潑，其次是鐵，在金屬活潑性順序表中位于氫的前邊，銅不與酸反應(yīng)，在金屬活潑性順序表中應(yīng)位于氫的后面，所以三種金屬的活潑性強(qiáng)弱順序是：Al、Fe、Cu；故填：Cu；Al＞Fe＞Cu；
（4）鐵的生銹實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣及水共同作用的結(jié)果；故填：氧氣和水；
（5）①由用磁鐵接近樣品，發(fā)現(xiàn)磁鐵吸引了部分黑色固體，說明了樣品中含有單質(zhì)的鐵，即“脫氧劑”沒有失效．故填：“脫氧劑”沒有失效；
②將樣品加足量水充分?jǐn)嚢枞芙�，將樣品中的氯化鈉溶解．而沒有溶解的物質(zhì)是鐵粉、活性炭，它們的質(zhì)量是8.32g，則氯化鈉的質(zhì)量是10.00g-8.32g=1.68g．
故填：除去氯化鈉，并間接測(cè)得氯化鈉的質(zhì)量；1.68g．   
③碳與酸不反應(yīng)；由于濾渣表面粘附少量溶質(zhì)，所以，稱得的質(zhì)量大于1.20g；故填：碳；＞
④因?yàn)檠趸�鐵與稀硫酸反應(yīng)有水生成，所以應(yīng)該在裝置的a導(dǎo)管處應(yīng)該再連接一個(gè)盛有堿石灰的干燥管，從而除去H₂中的水蒸氣．故填：除去H₂中混有的水蒸氣；
⑤樣品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分別能與稀硫酸反應(yīng)外，還存在反應(yīng)：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用產(chǎn)生H₂的質(zhì)量計(jì)算樣品中鐵的質(zhì)量不合理．實(shí)際上，樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量應(yīng)該是與酸反應(yīng)消耗的鐵和與Fe₂（SO₄）₃反應(yīng)消耗鐵的質(zhì)量總和．
故填：樣品中的鐵，除了與稀硫酸反應(yīng)生成H₂外，還有一部分鐵與硫酸鐵溶液反應(yīng)．
⑥由步驟2可知：氯化鈉的質(zhì)量為：10.00g-8.32g=1.68g，即氯化鈉的質(zhì)量是1.68g．
由步驟4可知：濾渣為活性炭，質(zhì)量為：1.20g．
設(shè)生成0.1g氫氣需要鐵的質(zhì)量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x            0.1g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.1g}$，
x=2.8g，
即樣品中鐵的質(zhì)量是2.8g．
所以，氧化鐵的質(zhì)量是：10.00g-1.68g-1.20g-2.8g=4.32g．
答：氯化鈉的質(zhì)量是1.68g；活性炭的質(zhì)量是1.20g；鐵的質(zhì)量是2.8g；氧化鐵的質(zhì)量是4.32g．
故填：鐵：3.92；氧化鐵：3.2．

點(diǎn)評(píng) 解答本題的關(guān)鍵是要掌握鐵的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩方面的知識(shí)及其化學(xué)方程式的書寫方法，只有這樣才能對(duì)問題做出正確的判斷．