Question

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

（1）興趣小組的同學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）根據圖二的應用實例，試說出金屬具有的一點物理性質導電性或導熱性（或延展性）；
（3）鋁的活動性比鐵強，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鍵因素是A；
A．金屬的活動性           B．金屬的導電性
C．金屬的延展性           D．地殼中金屬元素的含量

（5）用質量相等的鎂粉和鋁粉，分別與溶質質量分數(shù)相同、等質量的稀鹽酸充分反應，產生氫氣的質量和反應所用時間的關系如圖三所示．則下列說法中正確的是AB；
A．曲線a、b分別表示鎂、鋁的反應情況
B．鹽酸均反應完，鋁剩余
C．鹽酸均反應完，鎂、鋁也恰好完全反應
D．鎂、鋁都反應完，鹽酸有剩余
（6）聯(lián)想到工業(yè)上用鐵礦石冶煉鐵，他們在實驗室用CO還原氧化鐵，實驗如圖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，本實驗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該小組同學欲檢驗CO還原Fe₂O₃生成了單質鐵，請你簡述他們可能設計的一種化學實驗方案（包括實驗操作、現(xiàn)象及結論）：實驗操作：用小試管取待測樣品少量，加入適量的稀鹽酸
實驗現(xiàn)象：有氣泡產生，溶液變?yōu)闇\綠色
實驗結論：一氧化碳還原氧化鐵生成的固體是鐵．
（7）興趣小組的同學又準確稱取了11.5克生鐵樣品，放入裝有100.0g稀硫酸（足量）的燒杯中（燒杯質量為55.0g）．在化學反應過程中對燒杯（包括溶液和殘余固體）進行了四次稱量，
記錄如表．

反應時間	t0	t1	t2	t3
燒杯和藥品的質量/g	166.5	166.3	166.1	166.1

求：①反應中產生氫氣0.4克；
②該生鐵樣品中鐵的質量分數(shù)．（結果精確到0.1%）

Answer 1

分析 （1）根據鐵生銹的條件，分析防銹方法；
（2）根據金屬的用途與性質之間的關系解答．
（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，但卻表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性的原因；
（4）利用圖中數(shù)據，對比大規(guī)模開發(fā)、利用的與金屬其它因素間的關系，判斷與金屬大規(guī)模開發(fā)、利用的先后順序有關的因素．
（5）由已知：“用質量相等的鎂粉和鋁粉，分別與溶質質量分數(shù)相同、等質量的稀鹽酸充分反應”，若酸完全反應，金屬都剩余，則生成氫氣相等，若金屬完全反應，則生成氫氣一定不相等．
（6）回顧一氧化碳還原氯化鐵的實驗，回答對該實驗的操作所提出的問題．根據鐵的金屬活動性比氫強，能與稀鹽酸反應，設計實驗方案；
（7）由表中的實驗數(shù)據可判斷第四次稱量時已完全反應，利用質量守恒定律，可計算放出氫氣的質量；
根據化學方程式求出鐵的質量，進而求出生鐵中鐵質量分數(shù)．

解答 解：（1）鐵生銹的過程是鐵與氧氣、水蒸氣發(fā)生化學反應，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）金屬能做成導線是因為有導電性，抽成絲是因為有延展性，做成鍋是因為導熱性．
（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，活動性強的金屬冶煉難度大，使用則較晚；
（5）根據化學方程式：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑；2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑進行計算：
A、因為鎂的活動性比鋁的活動性強，鎂反應速度快，故A說法正確；
B、如果鹽酸均反應完，鎂恰好完全反應，鋁有剩余，故B說法正確；
C、如果鎂、鋁都反應完，則產生的氫氣一定不等，說法不正確．
D、鹽酸均反應完，鎂、鋁都反應完，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，實驗結束前還要繼續(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，能與稀鹽酸反應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，觀察到有氣泡產生，溶液變?yōu)闇\綠色，說明生成的固體是鐵．
（7）反應前總質量一反應后總質量=生成氫氣的質量，反應完畢后總質量為166.1g，所以氫氣質量=11.5+100g+55g-166.1g=0.4g
解：設鐵的質量為x
Fe+H₂SO₄ =FeSO₄ +H₂↑；
56              2
x             0.4g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.4g}$
x=11.2g 
生鐵中鐵的質量分數(shù)為：$\frac{11.2g}{11.5g}×100$%=97.4%
故答案為（1）B；涂油；
（2）良好導電性（或導熱性等）；
（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實驗操作：用小試管取待測樣品少量，加入適量的稀鹽酸
實驗現(xiàn)象：有氣泡產生，溶液變?yōu)闇\綠色
實驗結論：一氧化碳還原氧化鐵生成的固體是鐵
（7）①0.4；
②97.4%．

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