Question

金属是现代生活和工业生产中应用极为普遍的一类材料．
（1）已知在相同的条件下，金属的活动性越强，金属和酸反应产生气泡（氢气）的速度就越快．Al、Cu、Fe三种金属在稀盐酸里的反应现象如右图所示．
①右图中Y所代表的金属是

 

（填“Cu”或“Fe”）；
②Al、Cu、Fe三种金属的活动性由强到弱的顺序为

 

；
③铝是一种活泼金属，但常温下铝却有较强的抗腐蚀性，其原因是

 

；
（2）金属的开发和利用是人类文明和社会进步的标志．
①我国古代将炉甘石（ZnCO₃）、赤铜矿（Cu₂O）和木炭粉混合加热至800℃左右，即可得到与黄金外观相似的“药金”．
I．用上述方法不能制得真正的黄金（Au）是因为

 

；
II．“药金”是

 

（填“纯金属”或“合金”）；
②钛因常温下不与酸、碱反应等优良的性能，被誉为“未来金属”．由钒钛磁铁矿提取金属钛的主要工艺过程如下：

在高温下与足量Mg反应置换生成金属Ti，该反应的化学方程式为：

 

．
上述生产过程中得到的金属钛中混有少量金属杂质，可加入

 

除去．
（3）已知某金属粉末中除含有Al外还含有一定量的Fe和Cu，为证明Fe和Cu的存在并测定其中Al的质量分数，某化学兴趣小组的同学展开了如下的实验探究．
资料在线：Al与氢氧化钠溶液反应生成溶于水的偏铝酸钠和氢气（反应的化学方程式为：2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑），Fe和Cu不与氢氧化钠溶液反应．
①请完成证明金属粉末中存在Fe和Cu的实验设计：

实验操作	实验现象	结论
Ⅰ取少量的金属粉末于试管中，加入足量的   （填试剂名称）．	．	仅除去铝
Ⅱ将试管静置，弃去上层清液，加入足量的稀硫酸．	．	证明含有铁
Ⅲ将试管静置，弃去上层清液，多次洗涤剩余固体	剩余固体呈紫红色	证明含有铜

②为探究该金属粉末中Al的质量分数，取20 g该金属粉末，把100 g氢氧化钠溶液平均分成5份依次加入，充分反应后，过滤出固体，将其洗涤、干燥、称量．实验过程中得到的部分数据与图象如下：

加NaOH溶液的次数	第一次	第二次	第三次	…
剩余固体的质量/g	16.5	n	9.5	…

Ⅰ．分析以上数据可知，上表中n的值为

 

；
Ⅱ．该金属粉末中Al的质量分数为

 

%
Ⅲ．列式计算：所用氢氧化钠溶液的溶质质量分数为多少？

Answer 1

分析：（1）由图示和金属活动性顺序可得；
（2）利用质量守恒定律中元素种类不变可以确定；
（3）由题中所给资料结合已了解的铁和铜的性质解答①题，②中前三次反应中每一次固体减少质量应该相同，由此求出n的值，再通过表中数据和图示分析得出金属粉末中剩余6克不是金属铝，其余14克是金属铝的质量，进而求出金属粉末中铝的质量分数，然后根据方程式计算出氢氧化钠和水的质量，即可求出溶质的质量分数．

解答：解：（1）由图中Y表面没有气泡可得Y为金属铜；由实验现象可知三种金属的活动性由强到弱的顺序为Al、Fe、Cu
故填：①Cu，②Al＞Fe＞Cu，③常温下铝和空气中的氧气反应，产生一层致密的氧化铝薄膜（或氧化膜）
（2）①由质量守恒定律可知原反应物中无金元素，所以生成物种中不会有金元素，这种方法不能真正得到黄金；得到的药金应为锌-铜合金．
②在高温下TiCl₄与足量Mg反应置换生成金属Ti，该反应的化学方程式为：TiCl₄+2Mg

高温  .

Ti+2MgCl₂．
上述生产过程中得到的金属钛中混有的少量金属杂质为铁和镁，所以可加入稀盐酸或稀硫酸除去．
故填：①反应物中不含有金元素，合金
②TiCl₄+2Mg

高温  .

Ti+2MgCl₂，稀硫酸（或盐酸）
（3）①由题中信息可知第一步除去铝时加入的溶液是氢氧化钠溶液，现象是有气泡产生；第二步加入稀硫酸后有铁存在说明现象为有气泡产生．
②Ⅰ．由图示分析可知该金属粉末与80g氢氧化钠溶液恰好完全反应，也就是说前四次反应固体减少是的质量应该相等，所以n=13g．
Ⅱ．该金属粉末中Al的质量分数为

20g-6g

20g

×100%=70%．
Ⅲ．由图示可知14g铝与80g氢氧化钠溶液恰好完全反应，
设氢氧化钠溶液中溶质质量分数为x
2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑
54        80
（20-6）g 80xg
54：80=14g：80xg
解得x=25.9%
答：氢氧化钠溶液中溶质质量分数为25.9%
故答案为：①氢氧化钠溶液，有气泡产生，有气泡产生；
②13，70，25.9%

点评：本题除了考查金属的性质和活动性顺序，还多方面开放性的考查灵活运用知识的能力．