Question

5．2014年12月28如，郑州地铁1号线投入试运营，不但缓解了市内交通压力，也改善了我市空气质量．
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，康康利用图1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地钢材，康康用图2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铝合金抗腐蚀能力强，且密度比较小．
（2）钢轨用锰钢的原因是锰钢硬度大、韧性好．
（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，最好不要用铜制接头．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3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增重（填“增重”、“不变”或“减轻”），乙试管中反应的化学方程式为Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
（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把锌片放入硫酸亚铁溶液中，观察现象．
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a　kg（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，则地铁每运行一次车，可减少二氧化碳排放多少千克？

Answer 1

分析 I．从测定空气中氧气的体积分数的实验原理：利用红磷燃烧消耗空气中的氧气，使左边集气瓶内气体体积变小，压强变小，从而在外部大气压的作用下使烧杯内的水进入集气瓶，通过测量进入集气瓶中水的量来确定空气中氧气的体积分数去分析解答；
II．从一氧化碳和氧化铁在高温条件下生成二氧化碳和铁及如何提高CO的利用率去分析解答；
Ⅲ．（1）从地铁入口处的雨篷在外面日晒雨淋，如果用铁容易生锈，而铝合金抗腐蚀能力强；且铝合金密度比较小，自身重量较轻去分析解答；
（2）从由于地铁机车重量大，钢轨需要硬度大、韧性好去分析解答；
（3）从一般来讲，合金的熔点比组成合金的纯金属的熔点低去分析解答；
Ⅳ．（4）从在金属活动顺序表中，由于铁和锌都排在铜的前面，都可以把铜从铜的盐溶液中置换出来，因此判断是否发生反应可以看金属表面是否有红色的铜出现去分析解答；
（5）从由于反应前后水的质量是不变的，反应前后溶液的质量的改变取决于溶质的质量变化、乙试管内发生的反应是铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜去分析解答；
（6）从上述实验只能得出以下结论：Fe＞Cu，不能得出铁的锌之间的关系，不能够完全证明三种金属的活动性，需要补充比较铁的锌之间的关系的实验去分析解答；
Ⅴ．从在城市内部运行的大客流量、主要以电力驱动的轨道交通，不生成二氧化碳气体，而用CNG公交车每车次消耗天然气所产生的二氧化碳的质量通过计算去分析解答；

解答 解：I．测定空气中氧气的实验原理：利用红磷燃烧消耗空气中的氧气，使左边集气瓶内气体体积变小，压强变小，从而在外部大气压的作用下使烧杯内的水进入集气瓶，通过测量进入集气瓶中水的量来确定空气中氧气的体积分数．①如果所用红磷的量不足，会造成瓶内空气中的氧气没有完全被消耗，所以会使所测得的氧气的体积分数偏小；②如果装置漏气，会使外界空气进入集气瓶导致压强差变小，使进入集气瓶内的水的体积变小，导致实验结果偏小；③由于集气瓶内的气体体积受温度的影响较大，因此做实验时要等红磷熄灭并冷却后再打开弹簧夹；
故答案为：装置气密性好、红磷要足量、红磷熄灭并冷却后再打开弹簧夹；
II．一氧化碳和氧化铁在高温条件下生成二氧化碳和铁；反应的化学方程式为：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3CO₂+2Fe；尾气中含有CO，如果直接排放到外界中会造成空气污染，可用一导管放在酒精喷灯处把尾气点燃，转化成为二氧化碳，既防止污染空气，又增加反应所需的热量，提高CO的利用率；
故答案为：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3CO₂+2Fe； 将尾气用导管通入酒精喷灯处点燃；
Ⅲ．（1）地铁入口处的雨篷在外面日晒雨淋，如果用铁容易生锈，而铝合金抗腐蚀能力强；且铝合金密度比较小，自身重量较轻；故答案为：铝合金抗腐蚀能力强，且密度比较小；
（2）由于地铁机车重量大，钢轨需要硬度大、韧性好所以常用锰钢；故答案为：锰钢硬度大、韧性好；
（3）出口处的广告架是金属经焊接而成的，焊条是合金，一般来讲，合金的熔点比组成合金的纯金属的熔点低；故答案为：＜；
Ⅳ．（4）把等表面积的铁片和锌片放入硫酸铜溶液中，在金属活动顺序表中，由于铁和锌都排在铜的前面，都可以把铜从铜的盐溶液中置换出来，因此判断是否发生反应可以看金属表面是否有红色的铜出现；故答案为：观察锌片和铁片表面是否有紫红色固体析出；
（5）甲试管中发生的是锌和硫酸铜的反应，反应后生成硫酸锌和铜，化学方程式为：Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu；假如二者恰好完全反应，由于反应前后水的质量是不变的，反应前后溶液的质量的改变取决于溶质的质量变化，反应前溶质CuSO₄是，它的相对分子质量为160，反应后的溶质ZnSO₄是，它的相对分子质量为161；故反应后溶液的质量增加；乙试管内发生的反应是铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，其化学方程式为：Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；故答案为：增重；Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；
（6）上述实验只能得出以下结论：Fe＞Cu，不能得出铁的锌之间的关系，不能够完全证明三种金属的活动性，需要补充比较铁的锌之间的关系的实验，可把把锌片放入硫酸亚铁溶液中，观察现象得出：Zn＞Fe，故答案为：把锌片放入硫酸亚铁溶液中，观察现象；
Ⅴ．在城市内部运行的大客流量、主要以电力驱动的轨道交通，不生成二氧化碳气体．
解：设地铁每运行一车次可减排二氧化碳的质量为x．
              CH₄+2O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O 
              16           44
        （1800÷60）akg     x
                $\frac{16}{44}$=$\frac{（1800÷60）akg}{x}$
        解之得：x=82.5a kg    
     答：减少排放82.5a 千克二氧化碳．

点评 本题主要考查测定空气里氧气含量的探究实验及金属的化学性质，综合性较强，能够体现学生的分析问题能力和解决问题能力．