初中化学金属资源的保护探究题

钢铁产业是我国的支柱产业之一，选择优质炼铁原料十分重要。甲、乙两组同学对某钢铁厂所购进的赤铁矿粉中主要成分Fe₂O₃的含量进行测定。(假设每步反应均能完全进行，赤铁矿粉中杂质性质稳定，既不溶于水也不参与反应，浓硫酸可吸收水蒸气)

(1)甲组同学称取一定质量的赤铁矿粉，采用如图的装置进行实验。
①装置A中发生反应的化学方程式是                           。
②为充分吸收反应生成的CO₂，装置B中应盛放的试剂是       浓溶液。
③可以通过下面不同的方法计算赤铁矿粉中Fe₂O₃的含量：
【方法一】称量反应前后A装置的总质量，计算出Fe₂O₃的含量；
【方法二】称量               得出反应生成的CO₂的质量，计算出Fe₂O₃的含量。
(2)乙组同学称取等质量的赤铁矿粉放入烧杯中，向烧杯中加入过量的稀硫酸充分反应(氧化铁与稀硫酸反应生成硫酸铁和水)，       (填一个操作名称)后立即称量。根据称量的数据计算出Fe₂O₃的含量。
(3)甲、乙两组同学通过相互比较后对各自的实验方案进行评价。

方案	优 点
甲组
乙组

 

下图是探究铁制品锈蚀的条件时做的五个实验(铁钉在不同环境中)，实验一段时间后，得出的结论错误的是(   )

A．甲、乙、戊中铁钉生锈快慢的顺序为乙＞甲＞戊

B．丙中的铁钉不生锈

C．铁生锈的主要条件是与空气、水直接接触

D．丁中铁钉生锈最严重

金属材料在国防建设中起着量要的作用，图1为歼﹣15飞机在辽宁舰上起飞

（1）铝合金用于制造飞机的外壳，铝合金材质的主要优点是         、          。
（2）改装前的辽宁舰舰身锈迹斑斑，钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的                 共同作用的结果，工业生产中常用稀盐酸除去铁制品表面的铁锈，该反应的化学方程式为                    。
（3）为了避免轮船的钢质外壳被腐蚀，通常在轮船外壳上镶嵌比铁活动性强金属。小明为探究锌、铁、铜三种金属的活动性顺序，设计了如图2的两个实验：
①实验一中，小明以“金属表面产生气泡的快慢”为标准来判断锌、铁的活动性强弱，有同学认为不够合理，理由是                      。
②实验二中，若出现                                   现象，可证明铁的活动性强于铜，该反应的化学方程式为                                                        。
（4）辽宁舰的建造耗费了大量的钢材．某兴趣小组在实验室用图3所示装置模拟炼铁的化学原理，并测定赤铁矿中氧化铁的质量分数（装置气密性良好，反应完全且赤铁矿中的杂质不参加反应，称量赤铁矿样品的质量为wg）。
①装置A中生成铁的化学方程式为                                 ，装置B中发生反应的化学方程式为                                                                              。
②要测定该赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，需要测量的数据是                               。

某同学用相同的铁钉探究铁生锈与哪些因素有关，设计的实验如图。经过一周观察：试管A和C中的铁钉无明显变化，试管B中的铁钉明显锈蚀。
 
A         B        C        
（1）通过探究发现：铁生锈是铁与                  共同作用的结果。
（2）A中加入的蒸馏水要事先煮沸，其目的是                            ；
（3）通过探究，请你写出防止铁制品生锈的一种措施                                   。

（1）现有①汽车②机器上的齿轮③门把手等常见铁制品。为了防止它们生锈，通常适合采用下面哪一种方法。（填序号）
在表面喷漆____；在表面涂油____在表面镀一层其他金属____；
（2）下表是某种常见金属的部分性质：

颜色、状态	硬度	密度	熔点	导电性	导热性	延展性
银白色固体	较软	2．70g/cm^3	660．4℃	良好	良好	良好

 
将该金属投入稀盐酸中，可产生大量的无色气体。回答以下问题：
①试推断该金属可能的一种用途____；
②该金属的活动性比铜_____(填“强”或“弱”)；
（3）某学生想探究铁生锈是否必须同时有空气和水，他将干净的铁钉放入A、B、C三支干净的试管中，再各加入某些物质或用品进行研究。
①在下图的每支试管中画出并标明所加的物质或用品。

②一周后，编号为____的试管中铁钉最易生锈。
③写出一氧化碳在高温条件下把铁从赤铁矿（主要成分是氧化铁）里还原出来的化学方程式：____。
④铝的活动性比铁强，但铝在空气中却表现出良好的抗腐蚀性，其原因是____。
⑤某炼铁日产含碳3%的生铁310t，问该厂每天至少需要含氧化铁80%的赤铁矿石____吨

现有含杂质的氧化铁样品（杂质不参加反应），为了测定该样品中氧化铁的质量分数，某同学称取样品10克，并用下图所示装置进行实验，得到以下两组实验数据．

	反应前	氧化铁完全反应后
A组	玻璃管和氧化铁样品的质量43.7g	玻璃管和固体物质的质量41.3g
B组	烧杯和澄清石灰水的质量180g	烧杯和烧杯中物质的质量186.2g

试回答：（1）你认为，应当选择　  　组实验数据来计算样品中氧化铁的质量分数，计算的结果为　    　
（2）这位同学所用实验装置的不足之处是　                        　．

在研究“铁生锈的条件”的实验中，某兴趣小组对实验进行了创新设计，请把实验报告补充完整。
【实验目的】铁生锈条件的探究。
【实验内容】取3段光亮无锈的细铁丝，绕成螺旋状，放入3支干燥洁净的试管底部，进行下列实验，实验要保证有足够长的时间来观察现象。

实验①                实验②                实验③
【实验现象】实验①②无明显现象，实验③中铁丝生锈，且试管内空气体积减小。
【实验结论】铁生锈实际上是铁与空气中的                  （填名称）发生反应的结果。
【实验思考】
（1）当铁丝足量，时间足够长，实验③进入试管内的水的体积约占试管体积的      。
（2）该实验创新之处在于：可根据铁丝表面的铁锈和                        两种现象来判断铁丝反应进行的情况。
（3）铝比铁活泼，但铝难腐蚀，原因是                                。
（4）金属资源储量有限且不能再生，为了保护金属资源，除防止金属的腐蚀外，你还有什么合理的建议                            。（答一点即可）

铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为                                     。某化学兴趣小组同学在学习炼铁的相关内容时，对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究。
【提出问题】
单质碳也具有还原性，碳还原氧化铁的化学方程式为                    。
为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石？
【猜想与假设】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应不易完全。
【查阅资料】氢氧化钠溶液和澄清石灰水化学性质类似，能与二氧化碳反应，但反应无明显现象。
【进行实验】实验步骤及注意事项如下：
①称取两份相同质量的氧化铁粉末。一份与足量的碳粉均匀混合放入下图装置A的试管中；另一份放入下图装置B的玻璃管中。
②装置A和B两组实验同时开始进行。在装置B的反应中，实验开始前应先        
（选填“通CO”或“加热”）； 实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温，其原因是                                            。

【实验现象】当装置B的玻璃管中固体完全由                时（选填“红色变为黑色”或“黑色变为红色”），装置A的试管中仍有                        。
【解释与结论】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应确实不易完全，这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因。
【交流与反思】经过查阅资料和讨论，该小组同学发现除了上述原因外，工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因，试写出其中的一个：            。
【完善实验】联想到单质碳的一些化学性质，甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生。为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO₂，将该气体通过下图的检验装置，正确的连接顺序是                  （选填字母，装置可重复使用）。经过检验，证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有CO和CO₂，因此装置A的不足之处是                                      。

一碳化学是以分子中只含有一个碳原子的化合物（如CO、CH₄等）为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学，合成气可通过天然气的重整得到，如CH₄+H₂O═CO+3H₂。合成气可制二甲醚，二甲醚被称为21世纪的新型燃料。合成气还可用于冶炼金属。请你仔细阅读合成气冶炼粗铜和制取二甲醚的部分生产流程，回答下列问题：

（1）铜绿[化学式为Cu₂(OH)₂CO₃]是由        种元素组成的化合物。合成气在与黑色固体冶炼粗铜的生产过程中发生的反应方程式为                               。（写出其中的一个反应）
（2）在催化重整反应中CH4起的作用是：                         。
(3)合成气（CO和H₂)在不同催化剂的作用下，可以化合成不同的物质。仅用合成气为原料不可能得到的物质是          (填字母序号)。
A．草酸(H₂C₂O₄)    B．甲醇(CH₃OH)    C．尿素[CO(NH₂)₂]

为了验证铁锈蚀的条件，进行了如下图（略去了其中的夹持装置）所示三个对比实验。

A                          B                   C
（1）一段时间后，A中铁丝发生锈蚀且试管中液面上升，B和C中均无明显现象。实验A中铁丝被锈蚀，是铁丝与________同时作用的结果；实验B中气体y具备的性质是________；进行实验C的目的是________。
（2）三个实验中，水槽中盛放的液体分别为________。

化学实验课上老师要求分组除去铁制品和锈铜币表面的锈层并对废液进行处理。请你参与并回答相关问题。

(1)实验一：表面除锈
甲组：将锈铁器放入适量稀硫酸中，微热。观察到①溶液变成黄色，铁锈逐渐消失。一段时间后，②锈层完全消失，铁器表面有细小气泡产生，③黄色溶液逐渐变为浅绿色。
a)  现象①发生的化学反应方程式为：___________，
b)  ②中铁器表面的气泡是什么气体__    _；
c)  大家对现象③不理解，老师提示大家：金属单质铁和铜都可以将+3价的铁元素转变为+2价铁元素，其中铜发生的反应过程为2FeCl₃+Cu → 2FeCl₂ + CuCl₂ 。
请你根据老师的提示推测产生现象③的原因            。（只写出有关反应的化学方程式）
乙组：（1）在锈铜钱中加入适量稀硫酸。观察到①绿色锈层很快消失，同时产生大量气泡，溶液变成蓝色 。②将气体收集，通入澄清石灰水，石灰水变浑浊。由此，小军等同学推断，绿色铜锈层中肯定含有的元素有_________。
(2)实验二：废液回收
废液桶中收集了溶有大量FeSO₄、CuSO₄的废水，若直接排放到下水道，不仅造成重金属污染而且浪费资源。小组讨论后设计了如下回收硫酸亚铁晶体和铜的实验方案：

请完成下列有关问题：
① 金属X是       ，其加入废水后发生反应的化学方程式为                   ；
利用溶液Y除去铜中杂质，有关反应的化学方程式为            。

铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为                ①                   。某化学兴趣小组同学在学习炼铁的相关内容时，对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究。
【提出问题】单质碳也具有还原性，碳还原氧化铁的化学方程式为          ②        。为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石？
【猜想与假设】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应不易完全。
【进行实验】实验步骤及注意事项如下：
①称取两份相同质量的氧化铁粉末。一份与足量的碳粉均匀混合放入下图装置A的试管中；另一份放入下图装置B的玻璃管中。
②装置A和B两组实验同时开始进行。在装置B的反应中，实验开始前应先    ③     （选填“通CO”或“加热”）； 实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温，其原因是     ④    。

【实验现象】当装置B的玻璃管中固体完全由       ⑤        时（选填“红色变为黑色”或“黑色变为红色”），装置A的试管中仍有        ⑥         。
【解释与结论】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应确实不易完全，这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因。
【交流与反思】经过查阅资料和讨论，该小组同学发现除了上述原因外，工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因，试写出其中的一个：          ⑦       。
【完善实验】联想到单质碳的一些化学性质，甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生。为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO₂，将该气体通过下图的检验装置，正确的连接顺序是         ⑧         （选填字母，装置可重复使用）。经过检验，证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有CO和CO₂，因此装置A的不足之处是   ⑨ 。

研究金属的腐蚀对资源的利用和保护意义重大。
（1）为了探究铁锈蚀的条件，进行如图-12所示实验。经过一周后观察，试管A和C中的铁钉无明显变化，试管B中的铁钉明显锈蚀。

A              B              C
①通过实验发现：铁锈蚀是铁与_____________发生化学反应的过程。
② A中加入的蒸馏水要事先煮沸，其目的是______________________。
（2）家中的刀具若沾有食盐水锈蚀更快。为了进一步探究影响铁锈蚀速率的因素，做了如下的实验。
【提出问题】铁锈蚀速率与哪些因素有关。
【查阅资料】①物质溶解在水中得到的混合物称为水溶液，如氯化钠溶解在水中得到氯化钠溶液，乙醇溶解在水中得到乙醇溶液。
②氯化钠溶液能导电；乙醇溶液不能导电。
【猜想】铁的锈蚀速率与下列因素有关：
①反应时的温度；②氧气的含量；③水溶液的导电性。
【实验】每次取两套如图-13所示的装置，编号为I、II。向两套装置中分别装入质量、大小相同的铁钉和等体积的蒸馏水，进行如下三组对比实验（实验开始时，各瓶内气体压强保持一致）。

影响因素	实验设计	实验现象	实验结论及解释
①温度	装置I放入25℃恒温环境中，装置II放入40℃恒温环境中。	两套装置中铁钉均锈蚀，且U型管中液面均由b处上升至a处，则所需时间I＞II。	锈蚀的速率I＜II；铁的锈蚀速率与反应时的温度有关，_______。
②氧气含量	_________。	________。	铁的锈蚀速率与氧气的含量有关，氧气的含量越多，铁的锈蚀越快。
③水溶液的导电性	在相同温度下，装置I集气瓶中加入10mL氯化钠溶液；装置II集气瓶中加入10mL乙醇。	两套装置中铁钉均锈蚀； 且U型管中液面均由b处上升至a处，则所需时间I < II。	_______。

 
（3）若将两根铁钉分别放入两支试管中，在一支试管中加入稀硫酸，另一支试管中加入稀盐酸，观察到两支试管内均有大量气泡产生，铁钉逐渐溶解，在酸溶液中被快速腐蚀。
【反思与提高】
根据该探究实验以及你所学的知识，判断下列说法正确的是________（填序号）。
A．金属的腐蚀是指金属单质与其它物质发生化学反应的过程[
B．金属越活泼，就越容易被锈蚀
C．金属腐蚀不一定要有氧气参加

(8分)某化学兴趣小组用一氧化碳与氧化铁的反应来探究炼铁的原理，装置如下图所示。请回答有关问题：

(1)为避免一氧化碳污染空气，并回收利用一氧化碳，方框中连接的是C和D，导管接口的连接顺序为a→(    )→(    )→(    )。C装置中NaOH的作用是
(2)实验开始时，应                                (填“先加热再通CO”或“先通CO再加热”)，目的是                                         。
(3)实验进行一段时间后，玻璃管A中出现的现象为                             ，反应方程式为                               。
(4)除CO外，还有哪些物质可以还原Fe₂O₃            (请写一物质的化学式)。

（10菏泽14）、学习金属单元后，小强知道了铁是当今世界用量最多的金属，而每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料，约占全年钢产量的十分之一。于是小强对金属铁的相关知识开展了探究性学习。
（1）如图，小强将一根20cm的光亮的铁棒放在自来水中，观察A、B、C三处的变化。几天后，他发现_________（填序号）处最先出现铁锈，小强结合书本知识知道，铁生锈实际是铁和________、__________等物质发生反应的过程。

（2）小强来到已停产的企业厂房，看到许多机械设备上已锈迹斑斑，他马上想到可以用稀盐酸将铁锈（主要成分Fe₂O₃）除去，该反应的化学方程式为：______________________
去锈后为防止机械设备进一步锈蚀，小强想到的一种防护方法是_______________________
_______________________。