Question

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

（1）鋁合金用于制造飛機(jī)的外殼，鋁合金材質(zhì)的主要優(yōu)點(diǎn)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(jié)果．鐵銹的成分主要是

Fe₂O₃?xH₂O

（填化學(xué)式）．
（3）為了避免輪船的鋼質(zhì)外殼被腐蝕，通常在輪船外殼上鑲嵌比鐵活動(dòng)性強(qiáng)金屬．小明為探究鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性順序，設(shè)計(jì)了如圖2的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：
①實(shí)驗(yàn)一中，小明以“金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢”為標(biāo)準(zhǔn)來判斷鋅、鐵的活動(dòng)性強(qiáng)弱，有同學(xué)認(rèn)為不夠合理，理由是

所用酸的種類不同

．
②實(shí)驗(yàn)二中，若出現(xiàn)

鐵絲表面附著紅色固體

現(xiàn)象，可證明鐵的活動(dòng)性強(qiáng)于銅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu

．
（4）遼寧艦的建造耗費(fèi)了大量的鋼材．某興趣小組在實(shí)驗(yàn)室用圖3所示裝置模擬煉鐵的化學(xué)原理，并測(cè)定赤鐵礦中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（裝置氣密性良好，CO₂被充分吸收，氧化鐵反應(yīng)完全且赤鐵礦中的雜質(zhì)不參加反應(yīng)，稱重赤鐵礦樣品的質(zhì)量為Wg）．
①裝置A中生成鐵的化學(xué)方程式為

3CO+Fe₂O₃

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(cè)定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是

裝置A在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化

或

裝置B在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化

．
③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明鋅、鐵、銅三種金屬的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱，要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象和結(jié)論．

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)象．	浸入硫酸銅溶液中的鐵絲表面出現(xiàn)紅色固體，溶液由藍(lán)色逐漸變?yōu)闇\綠色；浸入硫酸鋅溶液的鐵絲無明顯變化．	金屬活動(dòng)性順序： Zn＞Fe＞Cu

Answer 1

分析：（1）根據(jù)鋁合金的性質(zhì)分析；
（2）根據(jù)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(jìn)行分析；
②根據(jù)鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的現(xiàn)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(jù)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(yīng)生成了鐵和二氧化碳，只要測(cè)出反應(yīng)后裝置A中藥品的質(zhì)量，就可計(jì)算出反應(yīng)前后減少的質(zhì)量，減少的質(zhì)量就是氧化鐵中氧的質(zhì)量，從而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；或測(cè)出反應(yīng)前后裝置B增加的質(zhì)量，即生成的二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量再計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
③根據(jù)鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱關(guān)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(fā)生反應(yīng)，說明鐵的活動(dòng)性不如鋅強(qiáng)；鐵絲能置換出硫酸銅中的銅，說明鐵的活動(dòng)性比銅強(qiáng)．

解答：解：（1）因鋁合金材質(zhì)強(qiáng)度大、質(zhì)量輕，所以鋁合金可用于制造飛機(jī)的外殼；
（2）鋼鐵的銹蝕，實(shí)際上是鐵跟水和氧氣共同作用的結(jié)果；銹的主要成分是Fe₂O₃?xH₂O．
（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(chǎn)生氣泡的快慢”為標(biāo)準(zhǔn)來判斷鋅、鐵的活動(dòng)性強(qiáng)弱不夠合理；
②實(shí)驗(yàn)二中，若鐵絲表面出現(xiàn)紅色物質(zhì)，可證明鐵的活動(dòng)性強(qiáng)于銅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：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(yīng)的化學(xué)方程式是：Fe₂O₃+3CO

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．
②由于氧化鐵與一氧化碳反應(yīng)生成了鐵和二氧化碳，只要測(cè)出反應(yīng)后裝置A中藥品的質(zhì)量，就可計(jì)算出反應(yīng)前后減少的質(zhì)量，減少的質(zhì)量就是氧化鐵中氧的質(zhì)量，從而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；或測(cè)出反應(yīng)前后裝置B增加的質(zhì)量，即生成的二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量再計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．所以，要測(cè)定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是裝置A在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化或裝置B在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化．
③由于鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱關(guān)系為鋅＞鐵＞銅，要比較鋅、鐵、銅三種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱關(guān)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(dòng)性不如鋅強(qiáng)；放入硫酸銅溶液的鐵絲表面出現(xiàn)紅色物質(zhì)，說明鐵的活動(dòng)性比銅強(qiáng)．可以得出活動(dòng)性由強(qiáng)到弱為鋅＞鐵＞銅．故實(shí)驗(yàn)方案如下：

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)象．	浸入硫酸銅溶液中的鐵絲表面出現(xiàn)紅色固體，溶液由藍(lán)色逐漸變?yōu)闇\綠色；浸入硫酸鋅溶液的鐵絲無明顯變化．	金屬活動(dòng)性順序： Zn＞Fe＞Cu

故答案為：（1）強(qiáng)度大、質(zhì)量輕；（2）氧氣、水；Fe₂O₃?xH₂O；（3）①選取的酸的種類不同；②鐵絲表面出現(xiàn)紅色物質(zhì)；Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；（4）Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；將CO燃燒防止其污染空氣．②反應(yīng)后裝置A中藥品的質(zhì)量；測(cè)出反應(yīng)前后裝置B增加的質(zhì)量． ③見上表．

點(diǎn)評(píng)：本題難度較大，綜合性較強(qiáng)．掌握常見合金的優(yōu)點(diǎn)、鋼鐵銹蝕的原理和除銹原理以及根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析、解決問題方法是解決本題的關(guān)鍵．