Question

11．金属材料在国防建设中起着重要的作用，如图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硬度大、密度小．
（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氧气与水蒸气共同作用的结果．铁锈的成分主要是Fe₂O₃（填化学式）．
（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，理由是所用酸的种类不同 
②实验二中，若出现铁丝表面附着红色固体现象，可证明铁的活动性强于铜，该反应的化学方程式为Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu
（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，CO₂被充分吸收，氧化铁反应完全且赤铁矿中的杂质不参加反应，称重赤铁矿样品的质量为Wg）．

①装置A中生成铁的化学方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，装置C的作用是将CO燃烧防止其污染空气
②要测定该赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，需要测量的数据是装置A在反应前后的质量变化或装置B在反应前后的质量变化．
③设计实验证明锌、铁、铜三种金属的金属活动性强弱，要求写出实验步骤、现象和结论．

实验步骤	实验现象	实验结论
分别取少量硫酸铜溶液、硫酸锌溶液于两支试管中，将铁丝分别浸入两溶液中，观察现象	浸入硫酸铜溶液中的铁丝表面出现红色固体，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色；浸入硫酸锌溶液的铁丝无明显变化	金属活动性顺序： Zn＞Fe＞Cu

Answer 1

分析 （1）根据铝合金的性质分析；
（2）根据铁生锈的条件及锈的主要成分分析回答；
（3）①从控制变量的角度进行分析；
②根据铁与硫酸铜溶液反应的现象分析回答；
（4）①一氧化碳在高温下还原氧化铁生成铁和二氧化碳；根据一氧化碳能污染空气分析装置C的作用；
②由于氧化铁与一氧化碳反应生成了铁和二氧化碳，只要测出反应后装置A中药品的质量，就可计算出反应前后减少的质量，减少的质量就是氧化铁中氧的质量，从而计算出氧化铁的质量，进而计算出氧化铁的质量分数；或测出反应前后装置B增加的质量，即生成的二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量再计算出氧化铁的质量，进而计算出氧化铁的质量分数．
③根据锌、铁、铜三种金属的活动性强弱关系为锌＞铁＞铜，要比较三种金属的活泼性的大小，采取“三取中”的方法，即取铁丝分别放入硫酸锌溶液和硫酸铜溶液，铁丝不能与硫酸锌溶液发生反应，说明铁的活动性不如锌强；铁丝能置换出硫酸铜中的铜，说明铁的活动性比铜强．

解答 解：（1）因铝合金材质强度大、密度小，所以铝合金可用于制造飞机的外壳；故填：硬度大、密度小；
（2）钢铁的锈蚀，实际上是铁跟水和氧气共同作用的结果；锈的主要成分是Fe₂O₃．故填：氧气与水蒸气；Fe₂O₃；
（3）①从图可以看出选取的酸的种类不同，因此以“金属表面产生气泡的快慢”为标准来判断锌、铁的活动性强弱不够合理；故填：所用酸的种类不同；
②实验二中，若铁丝表面出现红色物质，可证明铁的活动性强于铜，该反应的化学方程式为：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；故填：铁丝表面附着红色固体；Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；
（4）①一氧化碳在高温下还原氧化铁生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式是：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；由于一氧化碳能污染空气，所以装置C的作用是：将CO燃烧防止其污染空气．故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；将CO燃烧防止其污染空气；
②由于氧化铁与一氧化碳反应生成了铁和二氧化碳，只要测出反应后装置A中药品的质量，就可计算出反应前后减少的质量，减少的质量就是氧化铁中氧的质量，从而计算出氧化铁的质量，进而计算出氧化铁的质量分数；或测出反应前后装置B增加的质量，即生成的二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量再计算出氧化铁的质量，进而计算出氧化铁的质量分数．所以，要测定该赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，需要测量的数据是装置A在反应前后的质量变化或装置B在反应前后的质量变化．故填：装置A在反应前后的质量变化；装置B在反应前后的质量变化；
③由于锌、铁、铜三种金属的活动性强弱关系为锌＞铁＞铜，要比较锌、铁、铜三种金属的活动性强弱关系，常采用“三取中”的方法，即取两根光亮的铁丝，然后分别放入盛有硫酸锌和硫酸铜溶液的两支试管中，放入硫酸锌溶液的铁丝无明显变化，说明铁的活动性不如锌强；放入硫酸铜溶液的铁丝表面出现红色物质，说明铁的活动性比铜强．可以得出活动性由强到弱为锌＞铁＞铜．故填：

实验步骤	实验现象	实验结论
分别取少量硫酸铜溶液、硫酸锌溶液于两支试管中，将铁丝分别浸入两溶液中，观察现象．	浸入硫酸铜溶液中的铁丝表面出现红色固体，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色；浸入硫酸锌溶液的铁丝无明显变化．	金属活动性顺序： Zn＞Fe＞Cu

点评 本题难度较大，综合性较强．掌握常见合金的优点、钢铁锈蚀的原理和除锈原理以及根据实验分析、解决问题方法是解决本题的关键．