Question

4．金属是一种重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属，全世界每年因生锈损失的钢铁，约占世界年产量的十分之一．

（1）兴趣小组的同学想探究钢铁锈蚀的条件，他将一个干净的铁钉放入试管中（如图一），定期观察并记录现象．图一中最先锈蚀的部位B（填写A、B或C）；
举出一种防止钢铁锈蚀的具体方法刷油漆；
（2）根据图二的应用实例，试说出金属具有的一点物理性质导电性或导热性（或延展性）；
（3）铝的活动性比铁强，但铝在空气中却表现出良好的抗腐蚀性，原因是铝的表面形成致密的氧化膜；
（4）图5中不同的金属被开发、利用的年代不同，决定这一先后顺序的关键因素是A；
A．金属的活动性           B．金属的导电性
C．金属的延展性           D．地壳中金属元素的含量

（5）用质量相等的镁粉和铝粉，分别与溶质质量分数相同、等质量的稀盐酸充分反应，产生氢气的质量和反应所用时间的关系如图三所示．则下列说法中正确的是AB；
A．曲线a、b分别表示镁、铝的反应情况
B．盐酸均反应完，铝剩余
C．盐酸均反应完，镁、铝也恰好完全反应
D．镁、铝都反应完，盐酸有剩余
（6）联想到工业上用铁矿石冶炼铁，他们在实验室用CO还原氧化铁，实验如图4
①A、B处发生的现象分别是A固体由红变黑、B石灰水变浑浊；
②为了防止溶液倒吸，本实验停止加热前是否要先断开A和B的连接处？不需要（填“需要”或“不需要”）．
③该小组同学欲检验CO还原Fe₂O₃生成了单质铁，请你简述他们可能设计的一种化学实验方案（包括实验操作、现象及结论）：实验操作：用小试管取待测样品少量，加入适量的稀盐酸
实验现象：有气泡产生，溶液变为浅绿色
实验结论：一氧化碳还原氧化铁生成的固体是铁．
（7）兴趣小组的同学又准确称取了11.5克生铁样品，放入装有100.0g稀硫酸（足量）的烧杯中（烧杯质量为55.0g）．在化学反应过程中对烧杯（包括溶液和残余固体）进行了四次称量，
记录如表．

反应时间	t0	t1	t2	t3
烧杯和药品的质量/g	166.5	166.3	166.1	166.1

求：①反应中产生氢气0.4克；
②该生铁样品中铁的质量分数．（结果精确到0.1%）

Answer 1

分析 （1）根据铁生锈的条件，分析防锈方法；
（2）根据金属的用途与性质之间的关系解答．
（3）分析铝在空气中所发生的变化，解释虽然铝的活动性比铁强，但却表现出良好的抗腐蚀性的原因；
（4）利用图中数据，对比大规模开发、利用的与金属其它因素间的关系，判断与金属大规模开发、利用的先后顺序有关的因素．
（5）由已知：“用质量相等的镁粉和铝粉，分别与溶质质量分数相同、等质量的稀盐酸充分反应”，若酸完全反应，金属都剩余，则生成氢气相等，若金属完全反应，则生成氢气一定不相等．
（6）回顾一氧化碳还原氯化铁的实验，回答对该实验的操作所提出的问题．根据铁的金属活动性比氢强，能与稀盐酸反应，设计实验方案；
（7）由表中的实验数据可判断第四次称量时已完全反应，利用质量守恒定律，可计算放出氢气的质量；
根据化学方程式求出铁的质量，进而求出生铁中铁质量分数．

解答 解：（1）铁生锈的过程是铁与氧气、水蒸气发生化学反应，所以与水面接触的地方易生锈，因此可以通过刷油漆的方法防止生锈．
（2）金属能做成导线是因为有导电性，抽成丝是因为有延展性，做成锅是因为导热性．
（3）铝在空气中与氧气化合，在铝的表面生成致密的氧化铝薄膜（或氧化铝膜），阻止了铝进一步与氧气的接触；
（4）由图示信息可得到，金属大规模开发、利用的先后顺序跟③金属的活动性、⑤金属冶炼的难易程度相关，活动性强的金属冶炼难度大，使用则较晚；
（5）根据化学方程式：Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑；2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑进行计算：
A、因为镁的活动性比铝的活动性强，镁反应速度快，故A说法正确；
B、如果盐酸均反应完，镁恰好完全反应，铝有剩余，故B说法正确；
C、如果镁、铝都反应完，则产生的氢气一定不等，说法不正确．
D、盐酸均反应完，镁、铝都反应完，生成的氢气一定相等，故D说法正确；
故选AB；
（6）一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，故看到的现象为固体由红变黑，澄清石灰水变浑浊，为防止生成的铁被氧化，实验结束前还要继续通一氧化碳直到冷却，故不需要断开，铁的金属活动性比氢强，能与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，可用小试管取待测样品少量，加入适量的稀盐酸，观察到有气泡产生，溶液变为浅绿色，说明生成的固体是铁．
（7）反应前总质量一反应后总质量=生成氢气的质量，反应完毕后总质量为166.1g，所以氢气质量=11.5+100g+55g-166.1g=0.4g
解：设铁的质量为x
Fe+H₂SO₄ =FeSO₄ +H₂↑；
56              2
x             0.4g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.4g}$
x=11.2g 
生铁中铁的质量分数为：$\frac{11.2g}{11.5g}×100$%=97.4%
故答案为（1）B；涂油；
（2）良好导电性（或导热性等）；
（3）4Al+3O₂═2Al₂O₃；
（4）A； （5）AB_；
（6）①固体变黑、澄清石灰水变浑浊；②不需要．
③实验操作：用小试管取待测样品少量，加入适量的稀盐酸
实验现象：有气泡产生，溶液变为浅绿色
实验结论：一氧化碳还原氧化铁生成的固体是铁
（7）①0.4；
②97.4%．

点评 本题通过一氧化碳还原氧化铁的化学反应让同学们了解炼铁的原理，通过对反应前后物质的变化来判断现象以及对最后的环境污染物进行处理，是同学们应掌握的基本技能．注意：用CO、H₂还原氧化铜时应注意操作的先后顺序：应先通气体，以便把装置中的空气赶净，然后再给试管加热．