Question

8．金属材料是人类社会发展的见证者，人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切．
（一）金属初探
（1）硬铝、不锈钢是常见的金属材料．它们属于合金（选填“合金”或“纯金属”）．
（2）为了减少和避免雷电对高层建筑的危害，需安装由金属材料制成的避雷装置，这主要是利用了金属材料的B．（填序号）
A．密度大   B．导电性   C．导热性   D．熔点高
（3）铝在空气中耐腐蚀原因是4Al+3O₂=2Al₂O₃．（用化学方程式表示）
（二）一氧化碳还原氧化铁
某兴趣小组在实验室中模拟炼铁化学原理的实验，对固体产物成分等进行探究．

【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，实验装置如图1所示．
【进行实验】该小组按上述实验设计，在一定温度下进行了实验，一段时间后测得下列数据：
①反应前玻璃管和内盛氧化铁粉末的总质量66.0g（玻璃管的质量为60.0g）
②反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量65.8g（冷却到室温称量）
【分析与讨论】本实验中，玻璃管内固体粉末由红色全部变为黑色．小明同学认为该黑色固体全部是铁，但小华同学提出了质疑，于是大家提出查阅资料．
【查阅资料】①CO还原Fe₂O₃的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关；
②CO还原Fe₂O₃的实验过程中固体产物可能有Fe₃O₄、FeO、Fe；
③NaOH溶液与石灰水相似，能吸收CO₂，但不变浑．（2NaOH+CO₂═2Na₂CO₃+H₂O）　　　　
④

物质性质	四氧化三铁	氧化亚铁	氧化铁	铁粉
颜色	黑色	黑色	红色	黑色
能否被磁铁吸引	能	不能	不能	能

【实验与猜想】
（1）该小组同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和氧化亚铁．
（2）进行猜想：黑色固体粉末可能a．全部为铁、b．全部为四氧化三铁、c．铁和四氧化三铁的混合物．
【得出结论】
（3）通过实验中获得的数据进行计算，得出黑色固体粉末为Fe₃O₄．
【反思与评价】
（4）一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度．上图实验装置中，应作的一处修改是将酒精灯改为酒精喷灯．
（5）实验装置图中采用虚线框内的装置，其作用有AB．
A．收集CO    B．吸收CO₂    C．检验CO₂
【实践应用】
小明和他的同学想测定某赤铁矿石中Fe₂O₃的质量分数．用足量的CO与10g赤铁矿石样品充分反应（杂质不参与反应），并将生成的气体用足量的NaOH溶液完全吸收，该溶液总质量与反应时间的变化关系如图2所示．
（6）上述反应产生CO₂的质量为6.6g；
（7）计算该赤铁矿石中氧化铁的质量分数．80%．

Answer 1

分析 （1）根据硬铝、不锈钢是常见的金属材料，属于合金进行分析；
（2）根据金属具有导电性、导热性、延展性进行分析．
（3）铝能与空气中的氧气反应生成致密的氧化物保护膜，据此书写方程式．
（二）（1）依据表中信息找到不能被磁铁吸引的物质即可；
（2）由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体进行猜测；
（3）依据实验测得的数据结合氧化铁的化学式可求出氧化铁中氧的质量，再用反应前后物质的质量差与之比较判断即可；
（4）一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间，从而考虑装置的改进；
（5）依据二氧化碳和氢氧化钠溶液的反应且一氧化碳有毒需要进行尾气处理来判断．
（6）NaOH溶液增加的质量等于二氧化碳的质量，
（7）根据二氧化碳的质量，根据化学方程式进行计算即可．

解答 解：（一）（1）硬铝、不锈钢是常见的金属材料，属于合金；
（2）为了减少和避免雷电对高层建筑的危害，需安装由金属材料制成的避雷装置，这主要是利用了金属材料的导电性，故选：B．
（3）铝具有良好的抗腐蚀性能是因为：铝能与空气中的氧气反应生成致密的氧化铝保护膜，方程式是4Al+3O₂═2Al₂O₃；
（二）（1）依据表中信息可知不能被磁铁吸引的物质是氧化铁和氧化亚铁，固体全部能被吸引，说明固体中一定不含有这两者；
（2）由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体的成分可能是：全部是铁；全部是四氧化三铁；两者的混合物；
（3）依据实验测得的数据可知氧化铁的质量是：66g-60g=6g，这些氧化铁中含有的氧元素质量是：6g×$\frac{3×16}{2×56+3×16}$×100%=1.8g，由于反应前后固体的质量差即为氧化铁失掉的氧的质量，所以可知反应前后失掉的氧的质量是：66g-65.8g=0.2g，所以该固体不可能全是铁，固体中还有1.6g氧元素没有失掉，假设全是四氧化三铁则其含有的氧元素质量是：5.8g×$\frac{4×16}{3×56+4×16}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三铁，所以该固体粉末是四氧化三铁；
（4）一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间．上图所示实验装置中，应作的一处修改是将酒精灯换成酒精喷灯；
（5）因为二氧化碳和氢氧化钠溶液能反应且无现象，一氧化碳不能与氢氧化钠反应；
A、由于一氧化碳不能与氢氧化钠反应，结合装置的特点可知该装置能收集一氧化碳，同时排出氢氧化钠溶液；
B、二氧化碳和氢氧化钠溶液能反应，所以可以用来吸收二氧化碳；
C、由于二氧化碳和氢氧化钠溶液反应时没有明显的现象产生，所以不能用它来检验二氧化碳的存在；
（6）反应产生CO₂的质量为106.6g-100.0g=6.6g；故填：6.6；
（7）解：设该样品中氧化铁的质量为x
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂?
         160                       132
          x                          6.6g
$\frac{160}{x}=\frac{132}{6.6g}$
x=8.0g 
赤铁矿石中氧化铁的质量分数为：$\frac{8.0g}{10.0g}×100%$=80%．
答：样品中氧化铁的质量分数为80%．
故答案为：（一）（1）合金；（2）B；（3）4Al+3O₂=2Al₂O₃；
（二）（1）氧化亚铁；（2）四氧化三铁；铁和四氧化三铁的混合物； （3）Fe₃O₄
（4）将酒精灯改为酒精喷灯；（5）AB； （6）6.6；（7）80%．

点评 本题综合性较强，较全面的考查了一氧化碳还原氧化铁，尤其是利用数据对混合物的判断增加了试题难度，掌握反应前后元素的质量不变，并会结合方程式分析即可顺利解答．