初中化学金属资源的保护探究题

（1）考古人员在发掘出来的文物中，发现金手镯完好无损，铜镜面有少量钢锈，铁器表面则锈迹斑斑．根据以上现象，你能得到的结论是      ．
（2）铁器生锈是铁与      共同作用的结构，写出防止铁制品生锈的一种方法      ．
（3）请你设计一个实验方案，比较铝、铁、铜的金属活动性强弱      ．

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 。

铁生锈探秘
为探究铁生锈的原因，化学兴趣小组的同学进行了如图所示的四个实验：

实验结果显示：B、D实验中铁生了锈，而A、C实验中没有明显的现象，仔细分析这4 个实验，回答下列问题：
（1）评价方案
对照实验指除了一个变量外，其他的量都保持不变的实验．该实验方案中采用了对照实验方法．请指出其中的对照实验（填ABCD实验代号）和变量．
第①组对照实验，变量．
第②组对照实验，变量．
第③组对照实验，变量．
（2）解释数据
实验时，每隔一段时间测量导管内水面上升的高度，结果如下表所示（表中所列数据为导管中水面上升的高度/cm ）：

时间/小时 编号	0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
A	0	0	0	0	0	0	0
B	0	0	0	0.3	0.8	2.0	3.5
C	0	0	0	0	0	0	0
D	0	0.4	1.2	3.4	7.6	9.5	9.8

导致B、D实验装置中导管内水面上升的原因是．
（3）获得结论
根据本实验，你认为导致铁生锈的物质有；能加快铁生锈的物质是．

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            。

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　                        　．

如图是某化学课外学习小组设计的探究工业炼铁原理及产物验证的实验，其中A装置的作用是将二氧化碳和炭粉在高温下转化为一氧化碳，看图回答下列问题：

（1）写出装置 $A$玻璃管中发生反应的化学方程式：；
（2）实验过程中，应先点燃装置中的酒精喷灯。
（3）要验证 $B$中产生的 $C{O}_2$，还需要在 $A、B$之间增加装置（填" $D$"或" $E$"）。
（4）整套装置还有一个明显的不足之处是：。
（5）由于铁的氧化物 $F{e}_3{O}_4和FeO$均为黑色， $B$中得到的铁是否含有 $F{e}_3{O}_4和FeO$，该小组同学设计了下列探究实验。
【提出问题】 $CO$还原 $F{e}_2{O}_3$得到的铁是否含有 $F{e}_3{O}_4和FeO$？
【提出猜想】猜想1： $Fe$；  猜想2： $Fe和F{e}_3{O}_4$； 猜想3： $Fe和FeO$；
猜想4：．
【查阅资料】① $2FeC{l}_3+Fe=3FeC{l}_2$，但 $FeC{l}_3$溶液不与 $F{e}_3{O}_4、FeO$反应
② $F{e}_3{O}_4+8HCl=2FeC{l}_3+FeC{l}_2+4H_{2}0$③含有 $F{e}^{3+}$盐溶液遇到 $KSCN$溶液时变成血红色．
【实验探究】限选试剂： $CO$、盐酸、澄清石灰水、 $KSCN$溶液、 $FeC{l}_3$溶液

实验操作	实验现象	实验结论
Ⅰ．取少量黑色产物加入到装有FeCl3溶液的烧杯中，充分反应后过滤，对过滤所得固体用蒸馏水洗涤．	黑色固体部分溶解	猜想2和猜想4都不成立
Ⅱ．取第I步洗涤后所得固体加入到装有足量的试管中，充分反应后，再滴加少量KSCN溶液．	黑色固体全部溶解，溶液不变为血红色
Ⅲ．另取少量黑色产物装入玻璃管中，通入CO，一段时间后加热，并将反应后的气体通入装有一定量澄清石灰水的容器中．	澄清石灰水变浑浊	猜想成立

某化学兴趣小组进行铁生锈的实验探究活动。

[探究一]铁生锈的条件
（1）该兴趣小组将洁净无锈的铁钉分别置于上图所示装置中，经过一段时间观察，（填装置序号）装置中出现了明显的锈迹。
他们的结论:铁生锈是因为铁与空气中的等发生了化学反应。
（2）甲同学提出了疑问:空气中的氮气、二氧化碳没有参与铁的生锈过程吗？请设计实验为甲同学释疑。，观察并记录现象即可证明。
[探究二]影响铁生锈速率快慢的因素
乙同学说:妈妈常说菜刀沾有盐水生锈更快。这种说法对吗？同学广泛查阅资料。
资料一:导电性强的溶液都可加速铁的生锈。
资料二:海上航行的轮船在与海水接触的部分镶嵌一锌块，能有效降低钢材被腐蚀的速率。
（3）将上述 $A$装置中的蒸馏水改为下列液体中的，可使铁生锈的速率加快。

A．

硫酸钠溶液

B．

无水乙醇

C．

蔗糖溶液

（4）一些铁制品表面覆盖了某些涂层。不同的涂层被破坏后，铁生锈的速率不同。你认为下列涂层破坏后，铁生锈的速率较快。

A．

镀锌铁

B．

镀锡铁

（5）一些建筑的大门刷上了一层银白色的金属，你认为该金属可能是。

A．

银粉

B．

铜粉

C．

镁粉

[交流与思考]
（6）写出一种防止铁生锈的方法。

为了测定某样品中氧化铁（Fe₂O₃）的质量分数（杂质不含铁元素，且不溶于水和酸），化学兴趣小组的同学进行了如下的实验。
【查阅资料】
1．草酸（H₂C₂O₄）在浓硫酸作用下受热分解，化学方程式为：
H₂C₂O₄  CO₂↑+CO↑+H₂O
2．碱石灰能吸收二氧化碳和水蒸气
【实验设计及操作】用下图所示装置进行实验：

【问题讨论】
（1）装药品前应先              ，实验中观察到E中现象是：固体颜色   ；
（2）进入E中的气体是纯净、干燥的CO，则B、C、D中依次是    （填序号）。
① 浓硫酸、石灰水、氢氧化钠溶液   
② 石灰水、氢氧化钠溶液、浓硫酸 
③ 氢氧化钠溶液、石灰水、浓硫酸
（3）G的作用是                   ；E中反应的化学方程式是       ；
（4）当E中固体完全反应后，      处应先停止加热（填序号A或E）；
（5）上述实验装置的一处明显缺陷是：                         。
【数据处理】
称取样品8.0g，用上述装置进行实验，充分反应后称量F装置增重4.4g。则样品中氧
化铁质量分数为        。
【实验反思】
当观察到E中固体全部变黑后，若立即停止通CO，则测得的样品中氧化铁的质量分数
          （填“偏大”，“偏小”，“无影响”）。

南南同学看到“好想你”红枣袋中装有一袋防腐剂，品名为“504双吸剂”，其标签如下图所示。南南和北北对这包久置的“504双吸剂”固体样品很好奇，设计如下实验进行探究。

【提出问题】久置固体的成分是什么？
【查阅资料】铁与氯化铁溶液在常温下发生反应生成氯化亚铁。
【作出猜想】久置固体中可能含有Fe、Fe₂O₃、CaO、Ca（OH）₂和CaCO₃。
【实验探究】南南同学的方案：

实验操作	实验现象	实验结论
取少量固体放于试管中，滴加足量的          。	固体逐渐消失，有无色气体产生，得到浅绿色溶液。	固体中一定含有    ， 一定不含Fe2O3。

北北同学认为南南同学的实验并不能得出一定不含Fe₂O₃的结论，理由是            ，并设计如下实验方案继续验证。

（1）步骤①样品用磁铁吸引前需经过研碎，其中研碎的目的是                。
（2）步骤②中固体溶解时放出大量热，由此可以判断固体中一定含有              。写出该过程中的化学方程式                            。
（3）步骤③中反应的化学方程式是                       。
北北同学对滤渣B又进行探究。

实验操作	实验现象	实验结论
① 取滤渣B于试管中，加入适量 ② 生成的气体通入	① ②该溶液变浑浊。	固体中一定含有CaCO3 和Fe2O3。

【实验结论】综合上述实验及所给数据，该久置固体中一定含有的物质是Fe、Fe₂O₃、CaO、CaCO₃。

善于提出问题、探究问题和解决问题是学好化学的重要方法。某研究性学习小组的同学在学习铁及其化合物知识时进行了系列研究。
I．提出问题
问题1：铁为何称为黑色金属？
问题2：铁和氧气在不同条件下能发生哪些反应？
问题3：铁有多种氧化物，它们的性质有哪些差异？
问题4：钢铁厂在选矿时，如何测定铁矿石中的含铁量？
问题5：用一氧化碳还原氧化铁得到的黑色固体一定是单质铁吗？
II．解决问题
【问题1】上网查寻，有两种说法：
a．因为在铁表面有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属。
b．因为铁的粉末为黑色，铁的氧化物也均为黑色，所以叫黑色金属。
（1）你认为正确的说法是（填"a"或"b"）。
【问题2】通过学习，已经知道铁丝在潮湿的空气中能生锈，也能在纯氧中燃烧。
（2）请写出一种防止钢铁生锈的方法。
（3）请写出铁丝在纯氧中燃烧的化学方程式 。
【问题3】查阅资料：
a．铁常见的氧化物有氧化铁( $F{e}_2{O}_3$)、四氧化三铁( $F{e}_3{O}_4$)和氧化亚铁 $FeO$)。
b．四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体，可以近似地看作是氧化亚铁和氧化铁的化合物，它不溶于水，能与酸反应生成两种盐。
c．氧化亚铁是不溶于水的黑色粉末，能与酸反应，无磁性，也不能被磁铁吸引。
（4）请写出四氧化三铁与盐酸反应的化学方程式。
（5）有一包黑色粉末；可能是铁粉、 $F{e}_3{O}_4$粉末、 $FeO$粉末中的一种，请你设计一 种实验方案进行鉴别。
【问题4】同学们参观了某钢铁厂，了解到钢铁厂在选矿时测定铁矿石中含铁量的方法较多。小明结合所学知识，设计了如图所示的实验装置测定某赤铁矿样品中 $F{e}_2{O}_3$的质量分数。他称取l0.0g赤铁矿，当赤钛矿中的 $F{e}_2{O}_3$全部还原为 $Fe$时，剩余固体在 $CO$的保护下冷却、称量，质量为7.6g（假设赤铁矿中的杂质均不与 $CO$反应）。

（6）图中酒精灯的作用是。
（7）该赤铁矿中 $F{e}_2{O}_3$的质量分数为（列出计算过程）。
【问题5]在钢铁厂的实验室，同学们采集了用某种热分析仪记录的 $CO$与 $F{e}_2{O}_3$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，如图所示：

（8）根据图像分析，写出P点时固体成分的化学式，固体质量由48.0g变为46.4g的过程中发生反应的化学方程式为。

2014年央视 “3．15”晚会上曝出某品牌金饰品掺假的事件，引起同学们的好奇。小明同学拿来一片黄色的金属，和小军同学一起进行了相关探究活动。
【猜  想】①小明认为是黄金 ②小军认为是铜锌合金
【设计实验】

实验编号	实验操作	实验现象
①	取一小片黄色金属放在石棉网上用酒精灯加热	黄色的金属变黑
②	取一小片黄色的金属放入稀硫酸中

【得出结论】
（1）由实验①可知，猜想                 （填序号）正确；写出反应的化学方程式
                                           。
（2）实验②中的现象是                                  ，写出反应的化学方程式
                                                   。
【反思应用】假设你的观点和小军相同，请你选用一种类别不同于稀硫酸的试剂，再设计一个实验：取一小片黄色的金属放入                      溶液中，实验中观察到的现象是                 。

某Fe₃O₄样品中可能含有的杂质是Fe₂O₃和FeO其中的一种。为探究杂质的情况设计如下方案：
【实验设计】同学们称取了23.28 g该Fe₃O₄样品用图①进行了下列实验：

【实验分析】因探究思路不同，兴趣小组分成甲、乙、丙三个讨论小组。
甲组；（1）该组同学欲通过B装置反应前后的质量变化来计算确认该Fe₃O₄样品中的杂质。B中的最佳试剂是______（填序号）。
①澄清石灰水    ②氢氧化钠浓溶液   ③稀盐酸    ④水
（2）上述实验过程中，CO的作用有_______           （填序号）。
①CO气体作为反应物
②实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸
③停止加热后，防止A中生成物被氧化
④停止加热后防止B中的溶液倒吸入A中
⑤对B中反应物起到一定的搅拌作用，便于CO₂与反应液充分接触而反应
乙组：
（3）乙组同学认为B装置反应前后的质量差会偏小而影响计算、分析，你认为他们的理由是_______                    ；改进为在B装置后接一盛有_______（填试剂名称）的广口瓶的吸水装置，将B装置和该装置“捆绑”称量，从而减小误差。
丙组：
（4）丙组同学将B装置中液体改换为Ba(OH)₂溶液，通过测量生成的_______（填化学式）沉淀的质量来计算求解。为了获得沉淀，该组同学需要进行的操作有过滤→_______→________→称量。
【查阅资料】
Fe₂O₃和CO反应是随温度升高而逐步进行的，先生成Fe₃O₄，再生成FeO(黑色)，最后生成Fe；利用仪器测定并绘制成反应过程中A装置中玻璃管内的固体质量随温度的变化曲线（见图②）。

（5）写出BC段发生反应的化学方程式：______________                    。
（6）确定该Fe₃O₄样品中含有的杂质是_______，其中含Fe₃O₄的质量是_______g（不需要写出过程）（已知Fe₃O₄、FeO、Fe₂O₃中铁元素的质量分数分别为72.4%、77.8%、70.0%)。

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，赤铁矿粉中的杂质性质稳定，既不溶于水也不参与反应)

(1)甲组同学称取一定质量的赤铁矿粉，采用如图装置进行实验。
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：称量反应前后装置A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，      (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。

（6分)某化学实验小组用一块表面镀锌的铁样品进行实验探究活动。
【实验探究】将表面镀锌的铁进行如图A实验，加入稀盐酸与产生氢气的质量关系如图B。

【提出问题】反应后所得的无色滤液a的溶质与固体b的成分是什么？
【猜想假设】秦思认为无色滤液a的溶质是（1）         、氯化亚铁和氯化氢。
【反思评价】请你评价秦思的猜想（2）         。
【推理判断】由无色滤液a 的成分可推知，固体b中一定含有（3）       。
【实验与结论】为验证固体b的成分，单杰向b的样品中加入一种有色物质（4）       （填化学式）溶液，产生的现象是（5）              ，据此现象，证明出固体b中的两种成分，同时得出这两种金属的活动性顺序。
【表达交流】石建向固体b中继续滴加少量稀盐酸也确定出固体b的成分，他观察到的现象是
（6）                       。
【拓展延伸】通过比较锌、铁的活动性，结合图像B在开始加入稀盐酸的过程中并没有产生氢气的现象，你认为在铁的表面镀锌的原因是（7）         ，可阻止进一步氧化。

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