Question

“嫦娥一號”的成功發射，使全國人民歡欣鼓舞．請同學們閱讀下列航天技術中的化學短文并回答有關問題．
材料一：2007年10月24日19時10分，“嫦娥一號”衛星發射成功．下圖是中國月球探測工程標志圖案．它以中國書法，抽象地勾勒出一輪圓月，一雙腳印踏在其上，象征著月球探測的終極夢想．整體圖形由一弧兩點巧妙形成古文“月”字，同時代表“繞”、“落”、“回”三步走戰略，此作品中國的意味十足，簡潔而明朗，體現了傳統和現代的完美結合．
材料二：人類要在月球活居住，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，將這些礦石利用CO來還原提煉單質鈦和鐵，若用氫氣還原，可以得到淡水．將這些礦石通電，還可以從中分離出氧氣．
請你從化學視角來見證這一偉大時刻：
（1）據了解，發射前8h開始加注火箭第三級使用的燃料液氫和液氧．其中液氧的主要作用是

 

，液氫的主要作用是

 

，液氫的使用大大減輕了發射的質量，其原因主要是

 

．寫出液氫燃燒方程式

 

．
（2）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：

 

．
（3）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CO還原TiO₂的化學方程式

 

．
②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

 

 

．
（4）小勇同學進一步探究鈦鐵礦中Fe₂O₃的質量分數，取10g鈦鐵礦樣品進行實驗，待完全反應后，用磁鐵吸引鐵粉，并稱得鐵粉的質量為5.6g，試求算鈦鐵礦中Fe₂O₃的質量分數為多少？

Answer 1

分析：（1）物質的性質決定用途，氧氣不能燃燒，但能支持燃燒，氫氣可燃，可作為燃料，密度小；
（2）從鐵生銹需要的條件考慮，鐵生銹需要氧氣、水的參與，據此可判斷月球上鐵制品是否生銹；
（3）一氧化碳還原TiO₂的化學方程式可參照一氧化碳還原氧化鐵的方程式書寫；在實驗操作步驟上，一氧化碳應該是“早出晚歸”，酒精燈應該“遲到早退”，一氧化碳有毒，在通一氧化碳之前應該先做好尾氣處理．
（4）根據生成鐵粉的質量，利用化學方程式即可求解．

解答：解：（1）使用的燃料是液氫和液氧，其中液氧的主要作用是助燃，液氫是作燃料，由于氫氣是最輕的氣體，所以能大大減輕發射的質量，反應得化學方程式為2H₂+O₂

點燃  .

2H₂O；
（2）鐵生銹需要氧氣、水的參與，而月球上既沒有水又沒有空氣，所以月球上鐵制品不易生銹；
（3）CO還原TiO₂的化學方程式為：2CO+TiO₂

高溫  .

Ti+2CO₂，
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，沒有考慮到一氧化碳有毒會污染空氣；小亮認為先點燃C和A中的酒精燈，然后再通CO，沒有考慮到一氧化碳可燃，與空氣混合會發生爆炸；正確的操作順序應該是：先通一段時間CO，同時點燃C處的酒精燈，排盡玻璃管內空氣，然后再點燃A處的酒精燈（或先用氣球收集尾氣，然后再點燃酒精燈）；
（4）設樣品中Fe₂O₃的質量為x，則
3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂
     160       112
     x         5.6g

160

112

=

x

5.6g

     x=8g
 鈦鐵礦中Fe₂O₃的質量分數為：

8g

10g

×100%═80%
故答案為：（1）助燃、作燃料、密度小、2H₂+O₂

點燃  .

2H₂O
（2）不易、月球上既沒有水又沒有空氣
（3）①2CO+TiO₂

高溫  .

Ti+2CO₂、②CO有毒，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CO，同時點燃C處的酒精燈，排盡玻璃管內空氣，然后再點燃A處的酒精燈（或先用氣球收集尾氣，然后再點燃酒精燈）
（4）鈦鐵礦中Fe₂O₃的質量分數為80%．

點評：本題考查燃料的燃燒和一氧化碳還原礦石實驗，在設計實驗順序上要注意堅持操作安全、環保的原則，先通一段時間一氧化碳是為了操作安全，先進性尾氣處理是為了環保．（4）小題求質量分數時可以根據化學方程式求解，也可根據質量守恒定律，利用化學式求解，生成的鐵完全來自氧化鐵，氧化鐵中鐵元素的質量分數為：

112

160

×100%=70%，則

5.6g

70%

=8g，即氧化鐵的質量為8g，再根據混合物總質量10g即可求出氧化鐵的質量分數．