Question

12．金属是一种非常重要的资源，在生产、生活中有着广泛的用途．
（1）人类向自然界提取量最大的金属是铁，高炉炼铁的原料是铁矿石，空气，石灰石和焦炭，
（2）如图所示，在盛水的试管中放一根洁净的铁钉，用带U形管的橡皮塞塞紧，U形管内水面处于同一高度，数天后观察到U形管内的a侧液面上升（填“上升”“下降”或“不变”），产生此现象的原因是铁钉在潮湿的环境下和水氧气反应生锈，从而消耗了氧气，导致a侧液面上升．
（3）请你提出一条防止钢铁锈蚀的合理措施刷漆．
（4）在Cu（NO₃）₂、Al（NO₃）₃、和AgNO₃的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后过滤，向滤出的固体上滴加稀盐酸时有气泡产生，则反应所得溶液中含有的金属离子有Al ³⁺、Fe ²⁺，反应后溶液的质量比原混合溶液质量小填（“大”或“小”），有关反应的化学方程式为Cu（NO₃）₂+Fe=Fe（NO₃）₂+Cu或者2AgNO₃+Fe=2Ag+Fe（NO₃）₂或者Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑（写一个即可）．
（5）工业上可利用“铝热反应”焊接钢轨，冶炼难溶金属等，其原理是在高温下用铝将某些金属从其氧化物中置换出来，若用铝与四氧化三铁反应来制取25.2kg铁，理论上需要消耗铝的质量是多少？

Answer 1

分析 （1）明确炼铁的原料；
（2）铁生锈是和水、氧气反应所致，消耗氧气，液面上升；
（3）防止铁生锈的一般措施，隔绝空气和水；
（4）给定四种金属和氢的活动关系由高到低的顺序为为Al  Fe  H  Cu   Ag，结合固体滴加盐酸有气泡，说明铁有剩余，进一步分析判断；
（5）根据信息写出对应的化学方程式，然后计算．

解答 解：（1）人类向自然界提取量最大的金属是铁，高炉炼铁的原料是铁矿石，空气，石灰石和和焦炭；
（2）在盛水的试管中放一根洁净的铁钉，环境潮湿，有水，也有空气，U形管内水面处于同一高度，数天后，慢慢生锈，生锈是消耗水和氧气的，导致a侧液面 上升，产生此现象的原因是 铁钉在潮湿的环境下和水氧气反应生锈，从而消耗了氧气，导致a侧液面上升．
（3）请你提出一条防止钢铁锈蚀的合理措施 刷漆、抹油，做镀层或者加工为不锈钢（具体措施要结合物质的使用用途和环境以及价值来选择）．
（4）给定四种金属和氢的活动关系由高到低的顺序为为Al  Fe  H  Cu   Ag．在Cu（NO₃）₂、Al（NO₃）₃、和AgNO₃的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应（铁最先和硝酸银反应，然后和硝酸铜反应，不和硝酸铝反应）后过滤，向滤出的固体（一定有银和铜，可能有铁，一定无铝）上滴加稀盐酸时有气泡产生（说明固体有铁，也就是铁完全消耗掉硝酸银和硝酸铜后依然有剩余，），则反应所得溶液中含有的金属离子有铝粒子和亚铁粒子，无铜离子和银离子．混合物和铁反应分别为，且质量关系如下
Cu（NO₃）₂+Fe=Fe（NO₃）₂+Cu    固体变化
                    56                      64     56-64=-8，则溶解质量减小
或者2AgNO₃+Fe=2Ag+Fe（NO₃）₂固体变化
56    216                     56-218=-162，则溶解质量减小
反应后溶液的质量比原混合溶液质量 小．
有关反应的化学方程式为 Cu（NO₃）₂+Fe=Fe（NO₃）₂+Cu或者2AgNO₃+Fe=2Ag+Fe（NO₃）₂
或者Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑（写一个即可）．
（5）工业上可利用“铝热反应”焊接钢轨，冶炼难溶金属等，其原理是在高温下用铝将某些金属从其氧化物中置换出来，若用铝与四氧化三铁反应来制取25.2kg铁，则对应的化学方程式为8Al+3Fe₃O₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe（配平时用最小公倍数法，从氧元素入手．或者说观察法）．
设理论上需要消耗铝的质量是x
8Al+3Fe₃O₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe
8×27                                  9×56
x                                       25.2kg
$\frac{8×27}{9×56}$=$\frac{x}{25.2kg}$
x=10.8kg
故答案为：
（1）焦炭；（2）上升；铁钉在潮湿的环境下和水氧气反应生锈，从而消耗了氧气，导致a侧液面上升．
（3）刷漆（合理即可）．
（4）Al ³⁺、Fe ²⁺；小； Cu（NO₃）₂+Fe=Fe（NO₃）₂+Cu或者2AgNO₃+Fe=2Ag+Fe（NO₃）₂或者Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑（写一个即可）．
（5）10.8kg

点评 本题涉及内容较多，不要被一下吓晕，要逐一慢慢梳理解答，尽心思考，难度不大．