Question

9．金屬是一種重要的材料，人類的生活和生產都離不開金屬．圖1表示了金屬活動性（由強到弱）順序表中銅、錫、鐵和鋁元素被人類大規(guī)模開發(fā)、利用的大致年限．

（1）根據圖1中數(shù)據和有關的化學知識，你認為金屬大規(guī)模開發(fā)利用的先后順序跟下列哪些因素有關③⑤．
①地殼中金屬元素的含量  ②金屬的導電性  ③金屬的活動性  ④金屬的延展性  ⑤金屬冶煉的難易程度
（2）圖2A是金屬的一個應用實例，利用了金屬的導熱性．圖2B是兩塊金屬片相互刻劃后，在純銅片上有明顯的劃痕，說明銅的硬度�。�
（3）已知在相同的條件下，金屬的活動性越強，金屬和酸反應產生氣泡（氫氣）的速度就越快．
Al、Cu、Fe三種金屬在稀鹽酸里的反應現(xiàn)象如圖3所示：①如圖3中Y所代表的金屬是Cu（填“Cu”或“Fe”），②Al、Cu、Fe三種金屬的活動性由強到弱的順序為Al＞Fe＞Cu．
（4）每年世界上鋼鐵的產量很高，但鋼鐵的銹蝕也給人類帶來了巨大的損失．鐵在空氣中銹蝕，實際上是鐵跟氧氣和水等物質相互作用的結果．
（5）鐵生銹有弊也有利．一化學興趣小組對某月餅包裝盒中的“脫氧劑”很好奇，他們觀察到“脫氧劑”外包裝標注的成分為鐵粉、活性炭和氯化鈉，打開發(fā)現(xiàn)灰黑色的固體中還夾雜著少量紅棕色粉末．
【資料獲悉】①鐵系“脫氧劑”的作用原理是利用鐵能被氧氣氧化，從而達到除氧保鮮的目的．鐵被氧氣氧化最終產物為紅棕色的Fe₂O₃（其他產物忽略不計）．
②Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；        Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄．
③“堿石灰的干燥管”可以用來干燥氧氣、氫氣等氣體．
④鐵、活性炭、Fe₂O₃固體不溶于水，F(xiàn)e₂（SO₄）₃、NaCl、FeSO₄固體能溶于水．
【探究目的】小組同學欲探究該“脫氧劑”是否已經失效，并測定10.00g樣品各成分的質量，設計了以下探究實驗．
【實驗探究】（假設所有操作沒有損失）
步驟1：小剛用磁鐵接近樣品，發(fā)現(xiàn)磁鐵吸引了部分黑色固體．
步驟2：稱取10.00g樣品于一燒杯中，加足量水充分攪拌溶解后，過濾，將濾
渣洗滌、干燥、稱得其質量為8.32g．
步驟3：按如圖4裝置，將得到的8.32g固體與足量稀硫酸反應，用電子秤稱得反應前后總質量差為0.11g．
步驟4：將錐形瓶中反應后的液體過濾，并將濾渣洗滌、干燥后，稱得其質量為1.20g．
步驟5：分析測算步驟4中所得濾液知：濾液中溶質是硫酸和硫酸亞鐵，且最后分離出16.72g硫酸亞鐵．
【交流討論】
①由步驟1得出的結論是“脫氧劑”沒有失效．
②步驟2目的是除去氯化鈉，并間接測得氯化鈉的質量，并知道它的質量為1.68g．
③步驟4中濾渣的主要成分是碳，若沒有經過洗滌，則稱得的質量＞ 1.20g（填“＞”或“=”或“＜”）
④小剛認為0.11g差值即為H₂的質量，并由此計算出樣品中單質鐵的質量為3.08g．小華提出在裝置的a導管處應該再連接一個盛有堿石灰的干燥管，他這樣做的理由是除去H₂中混有的水蒸氣．
⑤小華還認真分析題中所給資料，他認為用產生H₂的質量計算樣品中鐵的質量不合理．其理由是：樣品中的鐵，除了與稀硫酸反應生成H₂外，還有一部分鐵與硫酸鐵溶液反應．
【學生實驗】小華將步驟3的裝置進行了改進，重新稱取10.00g樣品進行實驗，并準確測得固體與足量稀硫酸反應前后總質量差為0.1g．                                                              
⑥請根據以上數(shù)據，計算10g該樣品中各成分的鐵和氧化鐵的質量．（只寫出結果）
鐵：3.92g，氧化鐵：3.2g．

Answer 1

分析 （1）金屬的利用與金屬的活動性和金屬的冶煉難易有關；
（2）根據金屬的性質分析；通過相互刻劃，可以比較硬度；
（3）根據Y的表面沒有氣泡分析Y金屬；根據金屬與酸是否反應以及反應產生氣泡的多少比較金屬的活潑性；
（4）根據鐵生銹的原理分析判斷；
（5）根據單質的鐵能被磁鐵吸附分析；
根據氯化鈉能溶于水，鐵粉、活性炭不易溶于水，可通過加水溶解掉氯化鈉；
根據濾渣表面粘附少量溶質分析；
堿石灰可以吸收水分；
樣品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分別能與稀硫酸反應外，還存在反應：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用產生H₂的質量計算樣品中鐵的質量不合理．
根據步驟2中溶解前后的質量差可知氯化鈉的質量；根據步驟4中濾渣為活性炭及質量；根據生成的氫氣的質量為可求出與硫酸反應的鐵的質量，再結合與Fe₂（SO₄）₃反應消耗鐵的質量，可求出鐵的質量，最后剩余的是氧化鐵，可知氧化鐵的質量．

解答 解：（1）金屬大規(guī)模開發(fā)，利用的先后順序與金屬的活動性和金屬冶煉的難易有關，故選③⑤；
（2）由于金屬具有傳熱性，可用于制炊具；通過相互刻劃，可以比較硬度．所以該實驗探究的目的是：比較金屬的硬度；故填：導熱；硬度��；
（3）由金屬與酸反應的圖示可知：鋁、鐵能與酸反應，鋁與酸反應最劇烈，說明了鋁最活潑，其次是鐵，在金屬活潑性順序表中位于氫的前邊，銅不與酸反應，在金屬活潑性順序表中應位于氫的后面，所以三種金屬的活潑性強弱順序是：Al、Fe、Cu；故填：Cu；Al＞Fe＞Cu；
（4）鐵的生銹實際上是鐵與空氣中的氧氣及水共同作用的結果；故填：氧氣和水；
（5）①由用磁鐵接近樣品，發(fā)現(xiàn)磁鐵吸引了部分黑色固體，說明了樣品中含有單質的鐵，即“脫氧劑”沒有失效．故填：“脫氧劑”沒有失效；
②將樣品加足量水充分攪拌溶解，將樣品中的氯化鈉溶解．而沒有溶解的物質是鐵粉、活性炭，它們的質量是8.32g，則氯化鈉的質量是10.00g-8.32g=1.68g．
故填：除去氯化鈉，并間接測得氯化鈉的質量；1.68g．   
③碳與酸不反應；由于濾渣表面粘附少量溶質，所以，稱得的質量大于1.20g；故填：碳；＞
④因為氧化鐵與稀硫酸反應有水生成，所以應該在裝置的a導管處應該再連接一個盛有堿石灰的干燥管，從而除去H₂中的水蒸氣．故填：除去H₂中混有的水蒸氣；
⑤樣品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分別能與稀硫酸反應外，還存在反應：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用產生H₂的質量計算樣品中鐵的質量不合理．實際上，樣品中單質鐵的質量應該是與酸反應消耗的鐵和與Fe₂（SO₄）₃反應消耗鐵的質量總和．
故填：樣品中的鐵，除了與稀硫酸反應生成H₂外，還有一部分鐵與硫酸鐵溶液反應．
⑥由步驟2可知：氯化鈉的質量為：10.00g-8.32g=1.68g，即氯化鈉的質量是1.68g．
由步驟4可知：濾渣為活性炭，質量為：1.20g．
設生成0.1g氫氣需要鐵的質量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x            0.1g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.1g}$，
x=2.8g，
即樣品中鐵的質量是2.8g．
所以，氧化鐵的質量是：10.00g-1.68g-1.20g-2.8g=4.32g．
答：氯化鈉的質量是1.68g；活性炭的質量是1.20g；鐵的質量是2.8g；氧化鐵的質量是4.32g．
故填：鐵：3.92；氧化鐵：3.2．

點評 解答本題的關鍵是要掌握鐵的物理性質和化學性質兩方面的知識及其化學方程式的書寫方法，只有這樣才能對問題做出正確的判斷．