Question

材料：人類要在月球居住，首先離不開淡水和氧氣，而月球上既沒有水又沒有空氣．科學家發現月球的沙土中含有豐富的含氧鈦鐵礦，成分為TiO₂、Fe₂O₃的混合物，若將這些礦石利用CO來還原可以提煉單質鈦和鐵，若用氫氣還原，可以得到淡水．若將這些礦石通電，還可以從中分離出氧氣．

（1）月球土壤中存在天然的鐵、金、銀、等多種金屬礦物顆粒．若從鐵、金（Au）、銀混合金屬中回收某些金屬，將混合金屬放入足量的鹽酸中充分反應，然后過濾，剩余的固體中可以回收得到的金屬組合是______
A．Fe　　B．Au、Fe　　C．Ag、Au　　 D．Fe、Ag
（2）據科學家預測，月球的土壤中吸附著百萬噸的氦（He-3），其原子核中質子數為2、中子數為1，每百噸氦（He-3）核聚變所釋放的能量相當于目前人類一年消耗的能量．下列關于氦（He-3）元素的說法正確的是______

A．原子核外電子數為3　　　　　　 B．相對原子質量為2
C．原子結構示意圖為　　 D．原子結構示意圖為
（3）“嫦娥一號”發射的火箭推進器中裝有液態肼（用A表示）和過氧化氫（H₂O₂），它們混合時的反應方程式為：2H₂O₂+A═N₂+4H₂O，則肼（A）的化學式為______
A．N₂H₂　　　　B．N₂H₄O₂　　　C．NH₂ D．N₂H₄
（4）從鐵生銹條件來分析，月球上鐵制品______（填“易”或“不易”）生銹，原因是：______．
（5）現利用CO來還原TiO₂、Fe₂O₃的混合物提煉單質鈦和鐵，裝置如圖所示，試回答：
①寫出A中發生反應化學方程式（任意一個）______．
②用CO還原鈦鐵礦，生成鈦和鐵的混合物，可用簡單的物理方法將兩種物質分開______．
③就實驗操作順序的問題兩位同學出現了分歧．小月認為先通一段時間CO排空，然后再點燃C和A中的酒精燈，小亮認為這樣做不好，他的理由是______；
小亮認為先點燃C和A中的酒精燈，然后再通CO，小月又提出反對，她的理由是______，老師認為他們的反對意見都有一定道理．請你幫助這兩位同學解決他們的困難，你的辦法是______．
（6）在學習了金屬的性質后，化學實驗小組同學對“21世紀的重要金屬材料鈦和鈦合金”產生了興趣，他們進行了如下探究，并請你一同參與．
查閱資料：
A．鈦的硬度與鋼鐵差不多，而它的質量只有同體積鋼鐵的一半，鈦的密度雖然比鋁稍大一點，可它的硬度卻比鋁大兩倍．
B．鈦屬于化學性質比較活潑的金屬，但在常溫下鈦的抗腐蝕性很強．即使把鈦放在海水中數年，取出后仍光亮如初．
C．鈦合金與人體具有很好的“相容性”，在人體內能抵抗分泌物的腐蝕且無毒．
活動與探究：
①鈦與鐵的金屬活動性哪一種強？
【提出假設】：______．
【設計實驗】：______．
若鈦的活動性比鐵強，以上實驗出現的現象是：______．
②鈦是比較活潑的金屬，為什么耐腐蝕性卻很強？可能的原因是：______．
③若要比較鋁片和鈦片的硬度，你的方法是：______．
思考與應用：
“物質的性質在一定程度上決定著它的用途”請你判斷鈦的用途（寫兩條）：______．
（7）若冶煉2000t含雜質3%的生鐵，需要含Fe₂O₃76%的上述含氧鈦鐵礦的質量是多少？（請寫出計算過程，結果精確到0.1．）

Answer 1

解：（1）由金屬活動性順序可知，題目中鐵、金Au、銀、鉛Pb的活動性為：Fe＞Pb＞（H）＞Ag＞Au；故從鐵、金Au、銀、鉛Pb混合金屬中回收某些金屬，將混合金屬放入足量的鹽酸中充分反應，然后過濾，剩余的固體中可能回收得到的金屬組合是Ag、Au；
（2）He-3的核外有2個電子，相對原子質量為3，原子結構示意圖為，不屬于金屬元素；
（3）液態肼（用A表示）和過氧化氫（H₂O₂），混合時的反應方程式為：2H₂O₂+A═N₂+4H₂O，根據質量守恒定律的元素守恒、原子個數不變，則肼（A）的化學式為N₂H₄；
（4）因為月球上無氧氣，所以從鐵生銹條件來分析，月球上鐵制品不易生銹；
（5）①由題意“利用CO來還原TiO₂、Fe₂O₃的混合物提煉單質鈦和鐵”，可知反應物、生成物、反應條件，故化學方程式分別為：4CO+Fe₃O₄3Fe+4CO₂或2CO+TiO₂Ti+2CO₂；
②用CO還原鈦鐵礦，生成鈦和鐵的混合物，主用簡單的物理方法將兩種物質分開：用磁鐵吸引鐵粉；
③此題主要考慮：一氧化碳的毒性，對環境的污染性；一氧化碳的可燃性，如果不純，點燃可能會爆炸．故小亮認為這樣做不好，他的理由CO有劇毒，對空氣有污染；小亮認為先點燃C和A中的酒精燈，然后再通CO，小月又提出反對，她的理由是CO與容器內空氣混合，點燃后可能會發生爆炸；正確的方法是：先通一段時間氮氣，排盡玻璃管內空氣，然后再點燃酒精燈．
（6）①比較鈦與鐵的金屬活動性哪一種強，可以假設鈦比鐵強，根據排在前面的金屬能把后面的金屬從其鹽溶液中置換出來設計實驗，并推測反應現象；
②鈦是比較活潑的金屬，耐腐蝕性卻很強的原因可能是鈦的表面易形成致密的氧化物保護膜．
③可以使用兩者相互刻畫，出現痕跡的硬度小一些．
“物質的性質在一定程度上決定著它的用途”，鈦具有“親生物”性，在人體內能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，可以制人造骨； 密度小，硬度大，可以用于飛機、飛船等航空工具．
（7）設需要含Fe₂O₃76%的上述含氧鈦鐵礦的質量是x
4CO+Fe₃O₄3Fe+4CO₂
232 168
x×76% 2000t×（1-3%）

x=3525.1t
故答案為：（1）C；（2）D；（3）D；（4）不易； 月球上既沒有水又沒有空氣；
（5）①4CO+Fe₃O₄3Fe+4CO₂；②用磁鐵吸引鐵粉；③CO有劇毒，對空氣有污染；CO與容器內空氣混合，點燃后可能會發生爆炸；先通一段時間氮氣，排盡玻璃管內空氣，然后再點燃酒精燈．
（6）①鈦的金屬活動性比鐵強；將鈦放入硫酸亞鐵溶液中；鈦的表面有黑色物質生成；②鈦的表面易形成致密的氧化物保護膜；③可以使用兩者相互刻畫，出現痕跡的硬度小一些；制人造骨；飛機、飛船等航空工具；
（7）需要含Fe₂O₃76%的上述含氧鈦鐵礦的質量是3525.1t；
分析：（1）由金屬活動性順序可知：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au，則可得知：Fe＞Pb＞（H）＞Ag＞Au；故可知不與稀鹽酸反應的金屬．
（2）He-3的核外有2個電子，相對原子質量為3，原子結構示意圖為，不屬于金屬元素；
（3）根據質量守恒定律的元素守恒、原子個數不變，可知肼（A）的化學式；
（4）從鐵生銹條件來分析；
（5）①利用“類比、遷移”的方法：一氧化碳與TiO₂、Fe₂O₃分別反應，生成單質鈦和鐵；
②用CO還原鈦鐵礦，生成鈦和鐵的混合物，用簡單的物理方法將兩種物質分開：考慮磁鐵吸鐵性質；
③此題主要考慮：一氧化碳的毒性，對環境的污染性；一氧化碳的可燃性，如果不純，點燃可能會爆炸．
（6）①比較兩種金屬的活動性，可以假設一種比另一種活動性強；
②結合鋁的特點考慮；
③根據提供的信息，可以比較鈦和鋁的活動性，然后根據性質推斷用途．
（7）依據不純物質的化學方程式有關計算分析解答；
點評：此題是一道多點知識考查題，解題的關鍵是掌握有關金屬的活動性順序的應用以及金屬冶煉的有關知識；