Question

3．金屬材料在國防建設中起著重要的作用，圖1為殲-15飛機在遼寧艦上起飛．

（1）鋁合金用于制造飛機的外殼，鋁合金材質的主要優點是強度大、質量輕．
（2）改裝前的遼寧艦艦身銹跡斑斑，鋼鐵的銹蝕主要是鐵與空氣中的氧氣、水共同作用的結果．工業生產中常用稀鹽酸除去鐵制品表面的鐵銹，該反應的化學方程式為Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O．
（3）為了避免輪船的鋼質外殼被腐蝕，通常在輪船外殼上鑲嵌比鐵活動性強金屬．小明為探究鋅、鐵、銅三種金屬的活動性順序，設計了如圖2的兩個實驗：
①實驗一中，小明以“金屬表面產生氣泡的快慢”為標準來判斷鋅、鐵的活動性強弱，有同學認為不夠合理，理由是選取的酸的種類不同．
②實驗二中，若出現鐵絲表面出現紅色物質現象，可證明鐵的活動性強于銅，該反應的化學方程式為Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．
（4）遼寧艦的建造耗費了大量的鋼材．某興趣小組在實驗室用圖3所示裝置模擬煉鐵的化學原理，并測定赤鐵礦中氧化鐵的質量分數（裝置氣密性良好，反應完全且赤鐵礦中的雜質不參加反應，稱重赤鐵礦樣品的質量為wg）．
①裝置A中生成鐵的化學方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，裝置B中發生反應的化學方程式為CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．
②要測定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質量分數，需要測量的數據是反應后裝置A中藥品的質量或測出反應前后裝置B增加的質量．

Answer 1

分析 （1）根據鋁合金的性質進行分析；
（2）根據鐵生銹的條件解答；鐵銹的主要成分是氧化鐵，能與稀鹽酸反應生成氯化鐵和水進行分析；
（3）①從控制變量的角度進行分析；
②若鐵的活動性強于銅，則鐵可置換出硫酸銅中的銅；
（4）①根據一氧化碳在高溫下還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳；根據二氧化碳和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和水解答；
②由于氧化鐵與一氧化碳反應生成了鐵和二氧化碳，只要測出反應后裝置A中藥品的質量，就可計算出反應前后減少的質量，減少的質量就是氧化鐵中氧的質量，從而計算出氧化鐵的質量，進而計算出氧化鐵的質量分數；或測出反應前后裝置B增加的質量，即生成的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量再計算出氧化鐵的質量，進而計算出氧化鐵的質量分數．

解答 解：（1）因鋁合金材質強度大、質量輕，所以鋁合金可用于制造飛機的外殼；
（2）鋼鐵的銹蝕，實際上是鐵跟水和氧氣共同作用的結果；
鐵銹的主要成分是氧化鐵，能與稀鹽酸反應生成氯化鐵和水，化學方程式為：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；
（3）①從圖可以看出選取的酸的種類不同，因此以“金屬表面產生氣泡的快慢”為標準來判斷鋅、鐵的活動性強弱不夠合理；
②實驗二中，若鐵絲表面出現紅色物質，溶液由藍色變成淺綠色，可證明鐵的活動性強于銅，鐵和硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅，化學方程式為Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；
（4）①一氧化碳在高溫下還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，生成的二氧化碳能和氫氧化鈉反應生成碳酸鈉和水，化學方程式分別是：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；
②由于氧化鐵與一氧化碳反應生成了鐵和二氧化碳，只要測出反應后裝置A中藥品的質量，就可計算出反應前后減少的質量，減少的質量就是氧化鐵中氧的質量，從而計算出氧化鐵的質量，進而計算出氧化鐵的質量分數；或測出反應前后裝置B增加的質量，即生成的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量再計算出氧化鐵的質量，進而計算出氧化鐵的質量分數．所以，要測定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質量分數，需要測量的數據是裝置A在反應前后的質量變化或裝置B在反應前后的質量變化．
故答案是：（1）強度大，質量輕；
（2）氧氣、水，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；
（3）①選取的酸的種類不同；
②鐵絲表面出現紅色物質，Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；
（4）①Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；
②反應后裝置A中藥品的質量，測出反應前后裝置B增加的質量．

點評 本題難度較大，綜合性較強．掌握常見合金的優點、鋼鐵銹蝕的原理和除銹原理以及根據實驗分析、解決問題方法是解決本題的關鍵．