Question

9．金属材料在我国国防建设中起着重要的作用，图1为歼-15飞机在辽宁舰上起飞．
（1）改装前的辽宁舰舰身锈迹斑斑，钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果．工业生产中常用稀盐酸除去铁制品表面的铁锈，该反应的化学方程式为Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O．

（2）为了避免轮船的钢质外壳被腐蚀，通常在轮船外壳上镶嵌比铁活动性强的金属．小明为探究锌、铁、铜三种金属的活动性顺序，设计了如图2所示的两个实验：
①实验一中，小明以“金属表面产生气泡的快慢”为标准来判断锌、铁的活动性强弱，有同学认为不够合理，理由是选取的酸的种类不同．
②实验二中，若出现铁丝表面出现红色物质现象，可证明铁的活动性强于铜，该反应的化学方程式为Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu，属于置换反应 （填基本反应类型）．
（3）辽宁舰的建造耗费了大量的钢材．某兴趣小组在实验室中用如图3所示装置模拟炼铁的化学原理，并测定赤铁矿中氧化铁的质量分数（装置气密性良好，反应完全且赤铁矿中的杂质不参加反应，称量赤铁矿样品的质量为wg）．
①装置A中生成铁的化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
②要测定该赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，需要测量的数据是反应后还原反应器中药品的质量．

Answer 1

分析 （1）根据铁生锈的条件解答；铁锈的主要成分是氧化铁，它能与稀盐酸反应生成氯化铁和水；
（2）①从控制变量的角度进行分析；②若铁的活动性强于铜，则铁可置换出硫酸铜中的铜．
（3）①一氧化碳在高温下还原氧化铁生成铁和二氧化碳；②由于氧化铁与一氧化碳反应生成了铁和二氧化碳，只要测出反应后还原反应器中药品的质量，就可计算出反应前后减少的质量，减少的质量就是氧化铁中氧的质量，从而计算出氧化铁的质量，进而计算出氧化铁的质量分数；或测出反应前后二氧化碳吸收瓶增加的质量，即生成的二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量再计算出氧化铁的质量，进而计算出氧化铁的质量分数．

解答 解：（1）钢铁的锈蚀，实际上是铁跟水和氧气共同作用的结果；
铁锈的主要成分是氧化铁，它能与稀盐酸反应生成氯化铁和水，反应方程式为：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；
（2）①从图可以看出选取的酸的种类不同，因此以“金属表面产生气泡的快慢”为标准来判断锌、铁的活动性强弱不够合理；故答案为：选取的酸的种类不同；
②实验二中，若铁丝表面出现红色物质，溶液由蓝色变成浅绿色，可证明铁的活动性强于铜，该反应的化学方程式为Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu，属于置换反应；
（3）①一氧化碳在高温下还原氧化铁生成铁和二氧化碳，装置A中生成铁的反应的化学方程式是：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
②由于氧化铁与一氧化碳反应生成了铁和二氧化碳，只要测出反应后还原反应器中药品的质量，就可计算出反应前后减少的质量，减少的质量就是氧化铁中氧的质量，从而计算出氧化铁的质量，进而计算出氧化铁的质量分数；或测出反应前后装置B增加的质量，即生成的二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量再计算出氧化铁的质量，进而计算出氧化铁的质量分数．所以，要测定该赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，需要测量的数据是还原反应器在反应前后的质量变化或二氧化碳吸收瓶在反应前后的质量变化．
故答案为：
（1）氧气、水蒸气，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；
（2）①选取的酸的种类不同；②铁丝表面出现红色物质；Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；置换．
（3）①Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；②反应后还原反应器中药品的质量．

点评 本题难度不大，综合性较强．掌握常见合金、钢铁锈蚀的原理和除锈原理是解决本题的关键．