Question

11．金屬材料在國防建設中起著重要的作用，如圖1為殲-15飛機在遼寧艦上起飛．

（1）鋁合金用于制造飛機的外殼，鋁合金材質的主要優點是硬度大、密度小．
（2）改裝前的遼寧艦艦身銹跡斑斑，鋼鐵的銹蝕主要是鐵與空氣中的氧氣與水蒸氣共同作用的結果．鐵銹的成分主要是Fe₂O₃（填化學式）．
（3）為了避免輪船的鋼質外殼被腐蝕，通常在輪船外殼上鑲嵌比鐵活動性強金屬．小明為探究鋅、鐵、銅三種金屬的活動性順序，設計了如圖2的兩個實驗：
①實驗一中，小明以“金屬表面產生氣泡的快慢”為標準來判斷鋅、鐵的活動性強弱，有同學認為不夠合理，理由是所用酸的種類不同 
②實驗二中，若出現鐵絲表面附著紅色固體現象，可證明鐵的活動性強于銅，該反應的化學方程式為Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu
（4）遼寧艦的建造耗費了大量的鋼材．某興趣小組在實驗室用圖3所示裝置模擬煉鐵的化學原理，并測定赤鐵礦中氧化鐵的質量分數（裝置氣密性良好，CO₂被充分吸收，氧化鐵反應完全且赤鐵礦中的雜質不參加反應，稱重赤鐵礦樣品的質量為Wg）．

①裝置A中生成鐵的化學方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，裝置C的作用是將CO燃燒防止其污染空氣
②要測定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質量分數，需要測量的數據是裝置A在反應前后的質量變化或裝置B在反應前后的質量變化．
③設計實驗證明鋅、鐵、銅三種金屬的金屬活動性強弱，要求寫出實驗步驟、現象和結論．

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
分別取少量硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液于兩支試管中，將鐵絲分別浸入兩溶液中，觀察現象	浸入硫酸銅溶液中的鐵絲表面出現紅色固體，溶液由藍色逐漸變為淺綠色；浸入硫酸鋅溶液的鐵絲無明顯變化	金屬活動性順序： Zn＞Fe＞Cu

Answer 1

分析 （1）根據鋁合金的性質分析；
（2）根據鐵生銹的條件及銹的主要成分分析回答；
（3）①從控制變量的角度進行分析；
②根據鐵與硫酸銅溶液反應的現象分析回答；
（4）①一氧化碳在高溫下還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳；根據一氧化碳能污染空氣分析裝置C的作用；
②由于氧化鐵與一氧化碳反應生成了鐵和二氧化碳，只要測出反應后裝置A中藥品的質量，就可計算出反應前后減少的質量，減少的質量就是氧化鐵中氧的質量，從而計算出氧化鐵的質量，進而計算出氧化鐵的質量分數；或測出反應前后裝置B增加的質量，即生成的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量再計算出氧化鐵的質量，進而計算出氧化鐵的質量分數．
③根據鋅、鐵、銅三種金屬的活動性強弱關系為鋅＞鐵＞銅，要比較三種金屬的活潑性的大小，采取“三取中”的方法，即取鐵絲分別放入硫酸鋅溶液和硫酸銅溶液，鐵絲不能與硫酸鋅溶液發生反應，說明鐵的活動性不如鋅強；鐵絲能置換出硫酸銅中的銅，說明鐵的活動性比銅強．

解答 解：（1）因鋁合金材質強度大、密度小，所以鋁合金可用于制造飛機的外殼；故填：硬度大、密度小；
（2）鋼鐵的銹蝕，實際上是鐵跟水和氧氣共同作用的結果；銹的主要成分是Fe₂O₃．故填：氧氣與水蒸氣；Fe₂O₃；
（3）①從圖可以看出選取的酸的種類不同，因此以“金屬表面產生氣泡的快慢”為標準來判斷鋅、鐵的活動性強弱不夠合理；故填：所用酸的種類不同；
②實驗二中，若鐵絲表面出現紅色物質，可證明鐵的活動性強于銅，該反應的化學方程式為：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；故填：鐵絲表面附著紅色固體；Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；
（4）①一氧化碳在高溫下還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式是：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；由于一氧化碳能污染空氣，所以裝置C的作用是：將CO燃燒防止其污染空氣．故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；將CO燃燒防止其污染空氣；
②由于氧化鐵與一氧化碳反應生成了鐵和二氧化碳，只要測出反應后裝置A中藥品的質量，就可計算出反應前后減少的質量，減少的質量就是氧化鐵中氧的質量，從而計算出氧化鐵的質量，進而計算出氧化鐵的質量分數；或測出反應前后裝置B增加的質量，即生成的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量再計算出氧化鐵的質量，進而計算出氧化鐵的質量分數．所以，要測定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質量分數，需要測量的數據是裝置A在反應前后的質量變化或裝置B在反應前后的質量變化．故填：裝置A在反應前后的質量變化；裝置B在反應前后的質量變化；
③由于鋅、鐵、銅三種金屬的活動性強弱關系為鋅＞鐵＞銅，要比較鋅、鐵、銅三種金屬的活動性強弱關系，常采用“三取中”的方法，即取兩根光亮的鐵絲，然后分別放入盛有硫酸鋅和硫酸銅溶液的兩支試管中，放入硫酸鋅溶液的鐵絲無明顯變化，說明鐵的活動性不如鋅強；放入硫酸銅溶液的鐵絲表面出現紅色物質，說明鐵的活動性比銅強．可以得出活動性由強到弱為鋅＞鐵＞銅．故填：

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
分別取少量硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液于兩支試管中，將鐵絲分別浸入兩溶液中，觀察現象．	浸入硫酸銅溶液中的鐵絲表面出現紅色固體，溶液由藍色逐漸變為淺綠色；浸入硫酸鋅溶液的鐵絲無明顯變化．	金屬活動性順序： Zn＞Fe＞Cu

點評 本題難度較大，綜合性較強．掌握常見合金的優點、鋼鐵銹蝕的原理和除銹原理以及根據實驗分析、解決問題方法是解決本題的關鍵．