初中化学金属资源的保护探究题

某化学小组对铁的冶炼、铁的锈蚀与防护进行以下实验探究．
（1）该小组设计如图1研究铁的冶炼．

①实验时，应先注水片刻后再加热的目的是                                ．
②硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是                                  ．
（2）该小组又设计如图2装置，将反应所得铁粉置于锥形瓶底部，塞紧瓶塞，滴加适量食盐水，开始 测量容器内压强的变化．压强与时间变化关系如图3所示：
①实验中食盐的作用是                     ．
②锥形瓶内压强下降的原因是                      ．
③生产、生活中铁制品的常见防锈方法有                       （举一例）．

Ⅰ.某研究性学习小组的同学学习了二氧化碳的性质后，对二氧化碳溶于水的过程，有没有发生化学变化？提出实验改进：用如图所示装置进行实验，验证二氧化碳能与水反应（已知氮气的密度小于空气的密度），操作为：

①从a端通入二氧化碳  ②从分液漏斗中滴加适量水  ③将石蕊溶液染成紫色的干燥纸花放入广口瓶中  ④从b端通入氮气
实验操作顺序最合理的是        ，发生变化的化学方程式为：                 。
Ⅱ.另一小组在课外活动时对“二氧化硫能否与水反应生成酸”进行了实验探究。请你参与他们的探究活动，并回答有关问题。
[查阅资料]常温下二氧化硫是一种无色气体，易溶于水。
[假   设]二氧化硫能与水反应生成酸。
[设计实验] （1）小雨同学将二氧化硫气体通入紫色石蕊试液中，观察溶液颜色的变化。他认为，若紫色石蕊试液变            色，则证明假设成立。
（2）小涛同学认为小雨同学的实验方案不严密。小涛同学用紫色石蕊试液将白色滤纸染成紫色，干燥后做成三朵紫色的小花，然后按下列图示进行实验，在(I)、(Ⅱ)、(Ⅲ)中分别观察到变色和不变色的两种现象。
小涛同学认为，若            (填序号)中的紫色小花变色，则证明假设成立。
 
[交流反思]小明同学对小涛同学的实验方案提出了质疑，他认为上述实验还不足以证明“二氧化硫和水反应生成了酸”，其理由是            。三位同学讨论后补充了一个实验，使探究活动获得了成功，你认为这个实验应该是              (简述实验步骤和现象)。
[结   论]通过上述实验得出：二氧化硫能与水反应生成酸。
Ⅲ、人类的生产和生活都离不开金属。金属元素在自然界中分布很广，在地壳中主要以矿物形式存在。

下列矿石的主要成分不属于氧化物的是       （填序号），如将一定量的铁加入到硫酸铜和硫酸锌的混合溶液中，充分反应后，滤液中一定含有的溶质是          ，滤渣中一定含有          。

（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_______________________
_______________________。

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 。

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            。

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

 

某小组同学利用如图所示装置探究铁生锈的条件（铁锈可视为Fe₂O₃·nH₂O），其中C、D的分液漏斗中为足量且浓度和体积均相同的稀盐酸。

（1）步骤一：关闭K₂和K₃，打开K₁，A中反应的化学方程式是    ，B中所盛放的试剂是    。对比铁丝表面的变化，能够说明铁生锈与水有关的是装置     （填C、D或E，下同），能够说明铁生锈的快慢与氧气浓度有关的是装置        。
（2）步骤二：关闭K₁，打开K₂和K₃，将装置C、D中分液漏斗内的稀盐酸同时全部注入广口瓶中，C中发生的化学反应方程式为     ，充分反应后D的溶液中一定含有   （填化学式）。

I．地铁站里氧气含量的测定
地铁站里氧气的含量应与地面保持一致。现有一瓶从地铁站里收集到的空气样品，康康利用下图实验装置测定样品中氧气的含量。请指出测定时需要注意的事项。（至少3条）

Ⅱ，铁的冶炼
地铁的修建需要大量的钢材。康康用下图装置模拟炼铁的化学原理，请写出反应的化学方程式。为了提高CO的利用率，你将怎样改进此装置？

Ⅲ．金属材料在地铁方面的应用
在地铁修建过程中使用了大量的金属材料
（1）地铁入口处的雨篷骨架用铝合金而不用纯铁的原因是　　　　　　　　　　。
（2）钢轨用锰钢的原因是　　　　　　。
（3）出口处的广告架是金属经焊接而成的，焊条的熔点　　　　　　（填“＞”、“＝”或“＜”）组成焊条的纯属金属的熔点。
Ⅳ．金属的活动性
康康到工地了解了部分金属材料的防锈问题。技术人员告诉他，采用镀锌钢管做水管时，最好不要用铜质接头。为了探究这三种金属的活动性，康康把等表面积的铁片和锌片放入硫酸铜溶液中（如图所示）。请回答：

（4）如何判断它们是否发生了化学反应？
（5）甲试管中反应前后溶液的质量（填“增重”、“不变”或“减轻”），乙试管中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（6）上述实验不能够完全证明三种金属的活动性，需要补充的实验操作是　　　　　　　　　。
Ⅴ．郑州地铁1号线每车次运送乘客约1800人，走同样的路线，CNG公交车每车次消耗天然气akg（以甲烷计算），每辆CNG公交车运送乘客以60名计。若乘CNG公交车的乘客均改乘地铁1号线，则地铁每运行一车次，可减少二氧化碳排放多少千克？  

小明同学为了研究影响铁生锈的因素，进行了如下实验：

烧瓶号	时间/h 导管中水面上升高度/cm	0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
A瓶	盛干燥的细铁丝	0	0	0	0	0	0	0
B瓶	盛浸过食盐水的细铁丝	0	0.4	1.2	3.4	5.6	7.6	9.8
C瓶	盛浸过清水的细铁丝	0	0	0	0.3	0.8	2.0	3.5
D瓶	盛完全浸没在食盐水中的细铁丝	0	0	0	0	0	0	0

 

请回答：
（1）以上实验中，铁生锈的速率最大的是       （填烧瓶号）。
（2）导管中水面上升的原因是                                                  。
（3）以上实验说明，影响铁生锈的因素是                                        。
（4）为了防止钢铁锈蚀，人们常采用在其面涂刷矿物油或镀上其他金属等覆盖保护膜的方法，这些方法的共同原理是                                                                   。

某同学在电视寻宝节目中，看到一些铜制文物上有绿色的锈迹，并对绿色锈迹产生了探究兴趣。
【查阅资料】
①绿色锈迹是碱式碳酸铜[Cu₂(OH)₂CO₃]，受热易分解。
②无水硫酸铜为白色粉末，遇水变蓝。
③碱石灰是CaO和NaOH的固体混合物，NaOH与CO₂反应生成碳酸钠固体和水。
④氧化铜与稀硫酸反应生成蓝色溶液，碳粉不与稀硫酸反应也不溶解在稀硫酸中。
【发现问题】
查阅资料后，该同学将少量碱式碳酸铜放入试管中加热，发现试管中的固体由绿色变成黑色，同时试管壁上有无色液滴生成。
为了进一步确定碱式碳酸铜受热分解的产物，进行了如下探究：
探究一：碱式碳酸铜受热分解生成的黑色固体的成分。
【猜想与假设】该黑色固体可能是①碳粉；②          ；③碳和氧化铜的混合物。
【设计方案】请帮助该同学完成下述实验报告。

实验操作与现象	实验结论
	猜想②正确

探究二：碱式碳酸铜受热分解还会生成CO₂和H₂O。
【进行实验】选择如下图所示装置进行验证。

步骤一：连接A和B，打开活塞，通入一段时间的空气。
步骤二，关闭活塞，依次连接装置A→B→   →    （填“C”、“D”）。
步骤三：点燃酒精灯，观察到明显现象后，停止加热。
【解释与结论】
①当观察到                         ，说明碱式碳酸铜受热分解生成了CO₂和 H₂O，写出C中反应的化学方程式                                      。
②Cu₂(OH)₂CO₃受热分解的化学方程式                              。
【反思与评价】
上述装置中A的作用是                                          。

生活中常遇见铜制品生锈的情况。活动课上，同学们设计实验对铜锈进行了如下探究活动。
探究活动一：验证铜锈的组成
【查阅资料】
① 铜锈为绿色，其主要成分是Cu₂(OH)₂CO₃。
② 白色的硫酸铜粉末遇水能变为蓝色。
③ 碳不与稀硫酸反应。
④ 氧化铜为黑色固体，能与稀硫酸反应生成硫酸铜溶液。
【进行实验1】
同学们设计了下图所示装置并进行实验。

实验操作	实验现象	实验结论
① 按上图组装仪器，装入药品。 ② 加热铜锈，直至不再有气体产生，停止加热。	绿色固体变为黑色；硫酸铜粉末变为蓝色；烧杯中液体变浑浊。	加热铜锈生成的物质有_____；铜锈由_____元素组成；烧杯中发生反应的化学方程式为______。
③ 冷却后，向试管中固体加入适量稀硫酸，稍加热。	黑色固体溶解，溶液变为蓝色。

探究活动二：探究铜生锈的条件
【进行实验2】
同学们进行了下面的4个实验，每天观察一次现象，一段时间后，发现只有实验4中的铜丝生锈了，且与水接触的部分生锈更明显。

某化学兴趣小组同学探究铁的冶炼相关问题，请按要求回答下列问题。
（一）图1是工业炼铁的主要装置，图2是实验室模拟炼铁的装置，

图1                                 图2
（1）图1设备的名称是                。
（2）工业炼铁在生产过程中需将铁矿石、焦炭、石灰石粉碎，其目的是              。加入的焦炭作用除了可以生成一氧化碳外，还能                  。
（3）写出以赤铁矿为原料在高温下制取铁的化学方程式：                  。
（二）上图2为实验室模拟工业炼铁装置图：已知B装置中的液体为过量的氢氧化钠与氢氧化钙混合液，氢氧化钠吸收二氧化碳能力比氢氧化钙强。如果实验成功，请回答下列问题：
（1）图中仪器的名称为                 。
（2）实验过程中的现象：A中                、B中         。
（3）该实验的操作步骤：              。（填序号）
a．点燃A处酒精灯    b．通入CO气体    c．停止通入CO气体   d．熄灭酒精灯。
（4）兴趣小组同学们采集了用热分析仪记录的CO与Fe₂O₃进行反应时的有关数据，并得到固体质量与反应温度的关系曲线．已知原固体质量为48.0g，如图所示．

①根据图象分析，写出B点时固体成分的化学式                。
②若A点生成物为一成分固定的化合物，请确定其化学式是                。（写出计算过程）
写出氧化铁生成该物质的化学方程式为                 。
（5）若某同学实验中，发现过量的混合液溶液增重0.55g。则仪器①中固体减轻的质量为         g。
（6）实验装置图中采用虚线框内的装置，其作用有             （填序号字母）。
A．收集一氧化碳    B．吸收二氧化碳     C．检验二氧化碳

利用如图所示的装置可进行一氧化碳还原氧化铁的实验，其中，氮气可用作本实验的保护气； 盛放氧化铁的是一支带有支管的试管，其支管可用于导出试管内的气体；酒精灯带网罩；整套装置的气密性良好．实验前，弹簧夹a、b均处于关闭状态，开始实验时，打开a，通入氮气一段时间后点燃酒精灯，再关闭a，打开b．请联系所学知识回答下列问题：

（1）该实验过程中可以观察到的现象有：_________________、_________________。
（2）试管内一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式为____________________________。
（3）实验结束时，应先打开a，再___________，然后___________，继续通氮气直至装置冷却。（选填“A”或“B”）A．熄灭酒精灯           B．关闭b
（4）待试管冷却后，把生成的黑色粉末倒在白纸上后；用磁铁靠近黑色粉末，黑色粉末全部被吸引；再取少量黑色粉末放入足量硫酸铜溶液中，搅拌后发现黑色粉末部分变红。
【提出问题】炼出来的黑色粉末的成分是什么呢？
【查阅资料】在铁的氧化物中只有氧化铁是红棕色，其余都是黑色；只有氧化亚铁在空气中会很快被氧化成氧化铁；只有四氧化三铁有磁性。
【综合探讨】同学们得出此次炼铁得到的生成物是___________________。
（5）请从两个不同角度评价该实验的优点：_______________，_________________。

甲乙两位同学根据下列转化关系在实验室中模拟炼铁，并对生成物的成分进行探究。

①模拟炼铁的原理可能是  （19）  （用化学方程式表示）。
②初步分析得知，黑色粉末B的成分是一种或两种单质。
【猜想与假设】
甲同学认为无色气体A中可能有CO₂，也可能有       （20）     。
乙同学认为黑色粉末的成分中存在以下两种情况：
假设一：只含有铁；     假设二：含有       （21）          。
【实验探究】
（1）验证甲同学猜想的实验装置（箭头表示气体流向）。

上述实验装置Ⅱ中浓硫酸的作用是吸收水蒸气，装置Ⅰ的作用是     （22）    ，当看到Ⅰ中足量的澄清石灰水变浑浊，Ⅲ中黑色固体变成红色后，可以确定无色气体A的成分是      （23）     。
（2）为验证乙同学的假设二成立，请你设计实验用物理方法（或化学方法）完成以下探究。

实验方法	实验操作	实验现象	实验结论
物理方法（24）			假设二成立
化学方法（24）			假设二成立

【交流反思】对甲同学实验存在的缺陷，甲乙同学一起进行了改进，解决了污染环境问题。

在实验室中，同学们用下面所示的装置进行实验（图中固定试管的仪器已略去）：加热一段时间后，观察到木炭粉的质量明显减少；砖红色的氧化铁粉沫下部出现了一些黑色的固体；澄清石灰水变浑浊，停止加热并冷却到室温．

（1）写出硬质大试管中发生反应的化学方程式：
                                 、                                
（2）B装置的作用是                        。
（3）C装置中澄清石灰水变浑浊，此现象说明                        。
（4）装置中气球的作用是                        。