Question

8．金屬材料是人類社會發(fā)展的見證者，人類文明的發(fā)展和社會的進步同金屬材料關系十分密切．
（一）金屬初探
（1）硬鋁、不銹鋼是常見的金屬材料．它們屬于合金（選填“合金”或“純金屬”）．
（2）為了減少和避免雷電對高層建筑的危害，需安裝由金屬材料制成的避雷裝置，這主要是利用了金屬材料的B．（填序號）
A．密度大   B．導電性   C．導熱性   D．熔點高
（3）鋁在空氣中耐腐蝕原因是4Al+3O₂=2Al₂O₃．（用化學方程式表示）
（二）一氧化碳還原氧化鐵
某興趣小組在實驗室中模擬煉鐵化學原理的實驗，對固體產物成分等進行探究．

【設計實驗】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實驗裝置如圖1所示．
【進行實驗】該小組按上述實驗設計，在一定溫度下進行了實驗，一段時間后測得下列數(shù)據(jù)：
①反應前玻璃管和內盛氧化鐵粉末的總質量66.0g（玻璃管的質量為60.0g）
②反應后玻璃管和內盛黑色固體的總質量65.8g（冷卻到室溫稱量）
【分析與討論】本實驗中，玻璃管內固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學認為該黑色固體全部是鐵，但小華同學提出了質疑，于是大家提出查閱資料．
【查閱資料】①CO還原Fe₂O₃的固體產物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關；
②CO還原Fe₂O₃的實驗過程中固體產物可能有Fe₃O₄、FeO、Fe；
③NaOH溶液與石灰水相似，能吸收CO₂，但不變渾．（2NaOH+CO₂═2Na₂CO₃+H₂O）　　　　
④

物質性質	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

【實驗與猜想】
（1）該小組同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
（2）進行猜想：黑色固體粉末可能a．全部為鐵、b．全部為四氧化三鐵、c．鐵和四氧化三鐵的混合物．
【得出結論】
（3）通過實驗中獲得的數(shù)據(jù)進行計算，得出黑色固體粉末為Fe₃O₄．
【反思與評價】
（4）一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度．上圖實驗裝置中，應作的一處修改是將酒精燈改為酒精噴燈．
（5）實驗裝置圖中采用虛線框內的裝置，其作用有AB．
A．收集CO    B．吸收CO₂    C．檢驗CO₂
【實踐應用】
小明和他的同學想測定某赤鐵礦石中Fe₂O₃的質量分數(shù)．用足量的CO與10g赤鐵礦石樣品充分反應（雜質不參與反應），并將生成的氣體用足量的NaOH溶液完全吸收，該溶液總質量與反應時間的變化關系如圖2所示．
（6）上述反應產生CO₂的質量為6.6g；
（7）計算該赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數(shù)．80%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)硬鋁、不銹鋼是常見的金屬材料，屬于合金進行分析；
（2）根據(jù)金屬具有導電性、導熱性、延展性進行分析．
（3）鋁能與空氣中的氧氣反應生成致密的氧化物保護膜，據(jù)此書寫方程式．
（二）（1）依據(jù)表中信息找到不能被磁鐵吸引的物質即可；
（2）由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體進行猜測；
（3）依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)結合氧化鐵的化學式可求出氧化鐵中氧的質量，再用反應前后物質的質量差與之比較判斷即可；
（4）一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間，從而考慮裝置的改進；
（5）依據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉溶液的反應且一氧化碳有毒需要進行尾氣處理來判斷．
（6）NaOH溶液增加的質量等于二氧化碳的質量，
（7）根據(jù)二氧化碳的質量，根據(jù)化學方程式進行計算即可．

解答 解：（一）（1）硬鋁、不銹鋼是常見的金屬材料，屬于合金；
（2）為了減少和避免雷電對高層建筑的危害，需安裝由金屬材料制成的避雷裝置，這主要是利用了金屬材料的導電性，故選：B．
（3）鋁具有良好的抗腐蝕性能是因為：鋁能與空氣中的氧氣反應生成致密的氧化鋁保護膜，方程式是4Al+3O₂═2Al₂O₃；
（二）（1）依據(jù)表中信息可知不能被磁鐵吸引的物質是氧化鐵和氧化亞鐵，固體全部能被吸引，說明固體中一定不含有這兩者；
（2）由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；兩者的混合物；
（3）依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素質量是：6g×$\frac{3×16}{2×56+3×16}$×100%=1.8g，由于反應前后固體的質量差即為氧化鐵失掉的氧的質量，所以可知反應前后失掉的氧的質量是：66g-65.8g=0.2g，所以該固體不可能全是鐵，固體中還有1.6g氧元素沒有失掉，假設全是四氧化三鐵則其含有的氧元素質量是：5.8g×$\frac{4×16}{3×56+4×16}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三鐵，所以該固體粉末是四氧化三鐵；
（4）一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間．上圖所示實驗裝置中，應作的一處修改是將酒精燈換成酒精噴燈；
（5）因為二氧化碳和氫氧化鈉溶液能反應且無現(xiàn)象，一氧化碳不能與氫氧化鈉反應；
A、由于一氧化碳不能與氫氧化鈉反應，結合裝置的特點可知該裝置能收集一氧化碳，同時排出氫氧化鈉溶液；
B、二氧化碳和氫氧化鈉溶液能反應，所以可以用來吸收二氧化碳；
C、由于二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應時沒有明顯的現(xiàn)象產生，所以不能用它來檢驗二氧化碳的存在；
（6）反應產生CO₂的質量為106.6g-100.0g=6.6g；故填：6.6；
（7）解：設該樣品中氧化鐵的質量為x
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂?
         160                       132
          x                          6.6g
$\frac{160}{x}=\frac{132}{6.6g}$
x=8.0g 
赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數(shù)為：$\frac{8.0g}{10.0g}×100%$=80%．
答：樣品中氧化鐵的質量分數(shù)為80%．
故答案為：（一）（1）合金；（2）B；（3）4Al+3O₂=2Al₂O₃；
（二）（1）氧化亞鐵；（2）四氧化三鐵；鐵和四氧化三鐵的混合物； （3）Fe₃O₄
（4）將酒精燈改為酒精噴燈；（5）AB； （6）6.6；（7）80%．

點評 本題綜合性較強，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數(shù)據(jù)對混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應前后元素的質量不變，并會結合方程式分析即可順利解答．