Question

14．天然氣作為清潔能源已成為我國現代化城市的首選燃料，LNG船是低溫運輸天然氣的專用船舶，被喻為世界造船“皇冠上的明珠”．某興趣小組的同學圍繞著船舶使用的金屬材料進行了研究．
【閱讀與思考】
（1）在焊接不銹鋼管道時，通常要使用氬氣作保護氣，這是因為氬氣的化學性質穩(wěn)定．
（2）金屬在海水中易生銹腐蝕．造船工業(yè)為了避免輪船的鋼鐵外殼被腐蝕，通常在輪船外殼鑲嵌另外一種金屬．利用該金屬與鐵的活動性的不同，保護鐵不易被腐蝕．
【研究課題1】一般情況下，兩種活動性不同的金屬在潮濕的環(huán)境中接觸時，哪種金屬先被腐蝕呢？
【實驗設計1】將打磨后的金屬片進行如圖1所示的實驗，放置一段時間后將觀察到的現象及分析填入下表

現象	分析
甲中：鋁片表面出現灰白色物質，鐵片表面幾乎沒有明顯現象	鋁與鐵在潮濕的環(huán)境中接觸，鐵首先被腐蝕．
乙中：鐵片表面出現紅棕色固體，銅片表面幾乎沒有明顯現象．	鐵與銅在潮濕的環(huán)境中接觸，鐵首先被腐蝕．

【得出結論】一般情況下，兩種活動性不同的金屬在潮濕的環(huán)境中接觸時，活動性較強填“強”或“弱”）的金屬首先被腐蝕．
【知識應用】造船工業(yè)為避免輪船的鋼鐵外殼被腐蝕，通常在輪船外殼鑲嵌的金屬是D（填編號）
A．銀塊     B．銅塊      C．錫塊          D．鋅塊
（3）LNG船還使用了大量的鋅銅合金．
【研究課題2】測定鋅銅合金中鋅、銅的質量分數
【實驗設計2】進行如圖2所示的實驗．
（1）圖中量氣管和水準管可用來測量氣體體積，為準確測量氫氣的體積，在讀取量氣管中液面讀數的過程中，應注意AB（填字母）．
A．讀數時視線與凹液面最低處相平
B．讀數前應上下移動水準管，待兩管液面相平再讀數
C．保持水準管靜止，待水準管中液面不再上升時再讀數
（2）實驗前，將已經打磨過的塊狀鋅銅合金加工成碎屑，其目的是：增大和稀硫酸的接觸面積，加快反應速度．
（3）實驗操作步驟：檢查氣密性，將藥品和水裝入各儀器中，連接好裝置后，再次檢查裝置的氣密性，記錄量氣管的液面位置為5mL，由A向B滴加足量試劑，待B中不再有氣體產生并恢復至室溫后，記錄量氣管的液面位置為85mL；將B中剩余固體過濾，洗滌，干燥，用電子天平稱其質量為0.416克．
【數據處理】該實驗條件下，氫氣的密度是0.09g•L^-1．根據上述的數據計算鋅銅合金中銅的質量分數．（請寫出計算過程）
【誤差分析】如果操作規(guī)范，計算正確，但通過本方案測出的銅的質量分數計算值總是低于真實值，其主要原因是：①加入的稀硫酸占有一定的體積；②有一部分氫氣留在試管和導管中．

Answer 1

分析 【閱讀與思考】
（1）根據氬氣的化學性質穩(wěn)定可做氬氣的保護氣解答；
【實驗設計1】根據實驗現象分析實驗結論；根據結論分析實驗現象；
【得出結論】根據實驗設計甲中的現象和分析得出結論；
【知識應用】根據一般情況下，兩種活動性不同的金屬在潮濕的環(huán)境中接觸時，活動性較強的金屬先被腐蝕解答；
【實驗設計2】
（1）在測量氫氣體積時，為了使測量更為準確，要注意上下移動水準管，使左右兩管的液面相平，以使量氣管中的氣壓與大氣氣壓相等，讀數時視線應與左管內凹液面最低處相平，以減少觀察誤差；
（2）鋅銅合金加工成碎屑，和稀硫酸的接觸面積增大，可以加快反應速度；
【數據處理】銅鋅合金與稀硫酸反應產生氫氣的體積為85mL，則氫氣的質量=0.085L×0.09g/L=0.00765g，求出合金中鋅的質量，剩余固體就是銅，再加上剩余固體的質量就是合金的質量，從而可以求得銅的質量分數；
【誤差分析】利用上述實驗裝置，測量結果總會偏小，原因是有一部分氫氣留在試管和導管中．

解答 解：（1）氬氣的化學性質穩(wěn)定可做氬氣的保護氣；故答案：穩(wěn)定；
【實驗設計1】甲中：鋁片表面出現灰白色物質，鐵片表面幾乎沒有明顯現象，說明鋁與鐵在潮濕的環(huán)境中接觸，鋁首先被腐蝕，故答案：鋁；
乙中：鐵先被腐蝕，所以現象是鐵的表面出現紅棕色固體；故答案：紅棕色固體；
【得出結論】一般情況下，兩種活動性不同的金屬在潮濕的環(huán)境中接觸時，活動性較強的金屬首先被腐蝕．
故答為：強．
【知識應用】由上述結論可知，兩種活動性不同的金屬在潮濕的環(huán)境中接觸時，活動性較強的金屬先被腐蝕，所以要選用金屬活動性比鐵強的金屬鋅；
故答案：D；
【實驗設計2】
（1）讀數時，要注意視線應于量氣管凹液面的最低處保持水平；每次讀數前應上下移動水準管，待兩管液面相平再讀數是為了防止水的壓強造成的誤差；
故選AB．
（2）鋅銅合金加工成碎屑，和稀硫酸的接觸面積增大，可以加快反應速度．
故答案：增大和稀硫酸的接觸面積，加快反應速度；
【數據處理】銅鋅合金與稀硫酸反應產生氫氣的體積為85mL-5mL=80mL，則氫氣的質量=0.08L×0.09g/L=0.0072g，
設和稀硫酸反應的合金中鋅的質量為x
    Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
    65             2
    x            0.0072g
   $\frac{65}{2}=\frac{x}{0.0072g}$ 解得：x=0.234g
合金的質量為0.234g+0.416g=0.65g
所以合金中鋅的質量分數為：$\frac{0.234g}{0.65g}$×100%=36%，則鋅銅合金中銅的質量分數1-36%=64%
答：鋅銅合金中銅的質量分數64%．
【誤差分析】利用上述實驗裝置，測量結果總會偏小，原因是有一部分氫氣留在試管和導管中．
故答案為：有一部分氫氣留在試管和導管中．

點評 本題探究了銅鋅合金中銅和鋅的質量分數的測定，完成此題，可以依據銅和鋅的性質，根據題干提供的信息進行．本題還考查了量氣的方法，關鍵是把握實驗原理和操作方法，注重壓強知識的運用及讀數的方法．