题目内容

材料：人类要在月球居住，首先离不开淡水和氧气，而月球上既没有水又没有空气．科学家发现月球的沙土中含有丰富的含氧钛铁矿，成分为TiO₂、Fe₂O₃的混合物，若将这些矿石利用CO来还原可以提炼单质钛和铁，若用氢气还原，可以得到淡水．若将这些矿石通电，还可以从中分离出氧气．

（1）月球土壤中存在天然的铁、金、银、等多种金属矿物颗粒．若从铁、金（Au）、银混合金属中回收某些金属，将混合金属放入足量的盐酸中充分反应，然后过滤，剩余的固体中可以回收得到的金属组合是
A．Fe　　B．Au、Fe　　C．Ag、Au　　 D．Fe、Ag
（2）据科学家预测，月球的土壤中吸附着百万吨的氦（He-3），其原子核中质子数为2、中子数为1，每百吨氦（He-3）核聚变所释放的能量相当于目前人类一年消耗的能量．下列关于氦（He-3）元素的说法正确的是

A．原子核外电子数为3　　　　　　 B．相对原子质量为2
C．原子结构示意图为　　 D．原子结构示意图为
（3）“嫦娥一号”发射的火箭推进器中装有液态肼（用A表示）和过氧化氢（H₂O₂），它们混合时的反应方程式为：2H₂O₂+A═N₂+4H₂O，则肼（A）的化学式为
A．N₂H₂　　　　B．N₂H₄O₂　　　C．NH₂D．N₂H₄
（4）从铁生锈条件来分析，月球上铁制品（填“易”或“不易”）生锈，原因是：．
（5）现利用CO来还原TiO₂、Fe₂O₃的混合物提炼单质钛和铁，装置如图所示，试回答：
①写出A中发生反应化学方程式（任意一个）．
②用CO还原钛铁矿，生成钛和铁的混合物，可用简单的物理方法将两种物质分开．
③就实验操作顺序的问题两位同学出现了分歧．小月认为先通一段时间CO排空，然后再点燃C和A中的酒精灯，小亮认为这样做不好，他的理由是；
小亮认为先点燃C和A中的酒精灯，然后再通CO，小月又提出反对，她的理由是，老师认为他们的反对意见都有一定道理．请你帮助这两位同学解决他们的困难，你的办法是．
（6）在学习了金属的性质后，化学实验小组同学对“21世纪的重要金属材料钛和钛合金”产生了兴趣，他们进行了如下探究，并请你一同参与．
查阅资料：
A．钛的硬度与钢铁差不多，而它的质量只有同体积钢铁的一半，钛的密度虽然比铝稍大一点，可它的硬度却比铝大两倍．
B．钛属于化学性质比较活泼的金属，但在常温下钛的抗腐蚀性很强．即使把钛放在海水中数年，取出后仍光亮如初．
C．钛合金与人体具有很好的“相容性”，在人体内能抵抗分泌物的腐蚀且无毒．
活动与探究：
①钛与铁的金属活动性哪一种强？
【提出假设】：．
【设计实验】：．
若钛的活动性比铁强，以上实验出现的现象是：．
②钛是比较活泼的金属，为什么耐腐蚀性却很强？可能的原因是：．
③若要比较铝片和钛片的硬度，你的方法是：．
思考与应用：
“物质的性质在一定程度上决定着它的用途”请你判断钛的用途（写两条）：．
（7）若冶炼2000t含杂质3%的生铁，需要含Fe₂O₃76%的上述含氧钛铁矿的质量是多少？（请写出计算过程，结果精确到0.1．）

解：（1）由金属活动性顺序可知，题目中铁、金Au、银、铅Pb的活动性为：Fe＞Pb＞（H）＞Ag＞Au；故从铁、金Au、银、铅Pb混合金属中回收某些金属，将混合金属放入足量的盐酸中充分反应，然后过滤，剩余的固体中可能回收得到的金属组合是Ag、Au；
（2）He-3的核外有2个电子，相对原子质量为3，原子结构示意图为

，不属于金属元素；
（3）液态肼（用A表示）和过氧化氢（H₂O₂），混合时的反应方程式为：2H₂O₂+A═N₂+4H₂O，根据质量守恒定律的元素守恒、原子个数不变，则肼（A）的化学式为N₂H₄；
（4）因为月球上无氧气，所以从铁生锈条件来分析，月球上铁制品不易生锈；
（5）①由题意“利用CO来还原TiO₂、Fe₂O₃的混合物提炼单质钛和铁”，可知反应物、生成物、反应条件，故化学方程式分别为：4CO+Fe₃O₄ $\text{[math]}$ 3Fe+4CO₂或2CO+TiO₂ $\text{[math]}$ Ti+2CO₂；
②用CO还原钛铁矿，生成钛和铁的混合物，主用简单的物理方法将两种物质分开：用磁铁吸引铁粉；
③此题主要考虑：一氧化碳的毒性，对环境的污染性；一氧化碳的可燃性，如果不纯，点燃可能会爆炸．故小亮认为这样做不好，他的理由CO有剧毒，对空气有污染；小亮认为先点燃C和A中的酒精灯，然后再通CO，小月又提出反对，她的理由是CO与容器内空气混合，点燃后可能会发生爆炸；正确的方法是：先通一段时间氮气，排尽玻璃管内空气，然后再点燃酒精灯．
（6）①比较钛与铁的金属活动性哪一种强，可以假设钛比铁强，根据排在前面的金属能把后面的金属从其盐溶液中置换出来设计实验，并推测反应现象；
②钛是比较活泼的金属，耐腐蚀性却很强的原因可能是钛的表面易形成致密的氧化物保护膜．
③可以使用两者相互刻画，出现痕迹的硬度小一些．
“物质的性质在一定程度上决定着它的用途”，钛具有“亲生物”性，在人体内能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，可以制人造骨；密度小，硬度大，可以用于飞机、飞船等航空工具．
（7）设需要含Fe₂O₃76%的上述含氧钛铁矿的质量是x
4CO+Fe₃O₄ $\text{[math]}$ 3Fe+4CO₂ 232 168
x×76% 2000t×（1-3%）
$\text{[math]}$
x=3525.1t
故答案为：（1）C；（2）D；（3）D；（4）不易；月球上既没有水又没有空气；
（5）①4CO+Fe₃O₄ $\text{[math]}$ 3Fe+4CO₂；②用磁铁吸引铁粉；③CO有剧毒，对空气有污染；CO与容器内空气混合，点燃后可能会发生爆炸；先通一段时间氮气，排尽玻璃管内空气，然后再点燃酒精灯．
（6）①钛的金属活动性比铁强；将钛放入硫酸亚铁溶液中；钛的表面有黑色物质生成；②钛的表面易形成致密的氧化物保护膜；③可以使用两者相互刻画，出现痕迹的硬度小一些；制人造骨；飞机、飞船等航空工具；
（7）需要含Fe₂O₃76%的上述含氧钛铁矿的质量是3525.1t；
分析：（1）由金属活动性顺序可知：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au，则可得知：Fe＞Pb＞（H）＞Ag＞Au；故可知不与稀盐酸反应的金属．
（2）He-3的核外有2个电子，相对原子质量为3，原子结构示意图为，不属于金属元素；
（3）根据质量守恒定律的元素守恒、原子个数不变，可知肼（A）的化学式；
（4）从铁生锈条件来分析；
（5）①利用“类比、迁移”的方法：一氧化碳与TiO₂、Fe₂O₃分别反应，生成单质钛和铁；
②用CO还原钛铁矿，生成钛和铁的混合物，用简单的物理方法将两种物质分开：考虑磁铁吸铁性质；
③此题主要考虑：一氧化碳的毒性，对环境的污染性；一氧化碳的可燃性，如果不纯，点燃可能会爆炸．
（6）①比较两种金属的活动性，可以假设一种比另一种活动性强；
②结合铝的特点考虑；
③根据提供的信息，可以比较钛和铝的活动性，然后根据性质推断用途．
（7）依据不纯物质的化学方程式有关计算分析解答；
点评：此题是一道多点知识考查题，解题的关键是掌握有关金属的活动性顺序的应用以及金属冶炼的有关知识；

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