Question

金属材料与人类的生产、生活息息相关．
（1）人们习惯上称为“五金”的金、银、铜、铁、锡中，把金属

 

（填元素符号）的位置移到最后，正好符合金属活动性由弱到强的顺序，其中可以和稀硫酸发生化学反应的金属是

 

．
（2）某化学兴趣小组对炼铁产生了兴趣，根据如图转化关系在实验室中模拟炼铁，并对产物成分进行探究．
（i）炼铁的原理是

 

（用化学方程式表示）．
（ii）经初步分析得知，无色气体A不含有单质，黑色粉末B的成分是一种或两种单质．
（iii）甲、乙两个兴趣小组分别对无色气体A和黑色粉末B的成分进行探究．
【猜想与假设】
甲组在分析了炼铁的原理后，认为无色气体A中可能有CO₂，也可能有未反应的

 

．
乙组认为黑色粉末的成分中存在以下两种情况：
假设一：只含有铁．假设二：含有

 

．
【实验探究】
①为验证甲组的猜想，同学们按图所示装置进行实验（箭头表示气体流向）．
②上述实验装置Ⅱ中浓硫酸的作用是吸收水蒸气，装置Ⅰ的作用是

 

，装置Ⅲ的作用是

 

．当看到Ⅰ中澄清石灰水变浑浊，Ⅲ中黑色固体变成红色后，可以确定无色气体A的成分是

 

．
③为验证乙组中假设二是否成立，请你设计实验用物理和化学两种方法完成以下探究．

实验方法	实验操作	实验现象	实验结论
物理方法			假设二成立
化学方法			假设二成立

【交流反思】针对甲组实验存在的缺陷，同学们一起进行了改进，解决了污染环境问题．
（3）如果要炼出含铁96%的生铁3000t，至少需要含氧化铁90%的赤铁矿石的质量是多少？

Answer 1

考点：金属活动性顺序及其应用,常见气体的检验与除杂方法,金属的化学性质,含杂质物质的化学反应的有关计算,碳的化学性质

专题：金属与金属材料

分析：（1）根据金属活动性顺序内容、排在氢前面的金属可以置换出酸中的氢，进行分析解答即可．
（2）（i）根据炼铁原理，用一氧化碳还原铁矿石进行解答．
【猜想与假设】
尾气中可能含有一氧化碳，或二氧化碳，或一氧化碳和二氧化碳；
黑色固体中可能含有铁，或铁和碳；
【实验与探究】
Ⅰ中澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳，所以可以检验CO₂，Ⅲ中灼热的氧化铜变红，说明有一氧化碳，Ⅱ中浓硫酸的作用是：干燥气体．
【交流与反思】
一氧化碳有毒，扩散到空气中会污染环境．
（3）由生铁的质量和含杂质的质量分数及赤铁矿中氧化铁的质量分数，根据一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式可以计算出需要赤铁矿石的质量．

解答：解：（1）常见金属活动性顺序为K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au，把铁放到最后，正好金属活动性由弱到强，所以依据金属活动性顺序可知，金、银、铜、锡、铁活动性减弱，故应将铁的位置向后移一位，则正好符合金属活动性顺序．
排在氢前面的金属可以置换出酸中的氢，铁、锡的位置排在氢的前面，能与稀硫酸发生化学反应．
（2）（i）炼铁是将原料（铁矿石、焦炭、石灰石、空气）通入高炉中，在高炉中发生复杂反应，生成铁的单质，例如以赤铁矿为例，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂．
【猜想与假设】
无色气体A中可能有CO₂，也可能有未反应的一氧化碳．
假设一：只含有铁．  假设二：铁和未反应的碳．
【实验与探究】
②Ⅰ中澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳，所以可以检验CO₂，Ⅲ中灼热的氧化铜变红，说明有一氧化碳，Ⅱ中浓硫酸的作用是：干燥气体．
③实验操作及实验现象如表中所示．

实验方法	实验操作	实验现象	实验结论
物理方法 用磁铁吸引	取少量黑色粉末B，用磁铁吸引	部分黑色粉末被吸引上来	假设二成立
化学方法 加入过量的稀盐酸	取少量黑色粉末B于试管中，加入过量的稀盐酸	部分黑色粉末溶解，产生气泡	假设二成立

为了防止一氧化碳污染环境，应该对尾气进行处理．
（3）设需要赤铁矿石的质量为x．
Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂
160             112
90%?x        3000t×96%=2880t

160

112

=

90%?x

2880t

解得：x=4571.4t．
答：至少需要含氧化铁90%的赤铁矿石的质量是4571.4t．
故答案为：（1）Fe；铁、锡；（2）（i）3CO+Fe₂O₃

高温  .

 2Fe+3CO₂
【猜想与假设】CO；假设二：铁和碳
【实验探究】②检验CO₂；检验CO；CO₂和CO

实验方法	实验操作	实验现象	实验结论
物理方法 用磁铁吸引	取少量黑色粉末B，用磁铁吸引	部分黑色粉末被吸引上来	假设二成立
化学方法 加入过量的稀盐酸	取少量黑色粉末B于试管中，加入过量的稀盐酸	部分黑色粉末溶解，产生气泡	假设二成立

（3）4571.4t

点评：化学实验现象是化学实验最突出、最鲜明的部分，也是进行分析推理得出结论的依据，掌握物质的性质和相互之间的反应关系，并有助于提高观察、实验能力．所以，对化学实验不仅要认真观察，还应掌握观察实验现象的方法．