初中化学金属资源的保护探究题

下面是一些关于铁的实验研究，试按要求填空。

（1）模拟工业炼铁(装置图如右图)：在硬质玻璃管内加入少量氧化铁粉末，先通入一氧化碳，排出装置内空气后，再用酒精喷灯加热A处药品。
① 硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为：                 。
② 试管B中发生反应的化学方程式为：                  。
③ 该装置的主要缺点是                 。
（2）铁锈蚀的探究
某化学兴趣小组进行家庭化学实验“探究铁锈蚀的原因”，设计如下图所示。他们预设的实验结果是仅有图Ⅲ中的铁钉生锈。但经过一周时间的观察，他们发现三支试管中铁钉都生锈了。

老师在听取了同学汇报后，做了如下实验帮助同学分析原因：取4份等量自来水样，经过不同的方法处理后，用数字传感器测定水样中的溶解氧，并进行如上图(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的实验。
水样溶解氧数据如下：

自来水	1号水样	2号水样	3号水样	4号水样
处理方法	不处理	煮沸 密封迅速冷却	煮沸 密封自然冷却	煮沸 敞口冷却
溶解氧(mg/L)	5.37	0.52	0.66	3.44

[教师实验的现象记录(部分)]用2号水样进行的如图Ⅱ的实验中：一天后，铁钉有轻微生锈，从第二天到第七天，铁锈不再增加。
参考所给数据分析：①学生实验中：图Ⅰ中铁钉生锈的原因可能是                  ；
图Ⅱ中铁钉生锈的原因可能是                   。
②教师实验所记录的实验现象的原因可能是                     。

某化学兴趣小组同学探究铁的冶炼相关问题，请按要求回答下列问题。
（一）图1是工业炼铁的主要装置，图2是实验室模拟炼铁的装置，

图1                                 图2
（1）图1设备的名称是                。
（2）工业炼铁在生产过程中需将铁矿石、焦炭、石灰石粉碎，其目的是              。加入的焦炭作用除了可以生成一氧化碳外，还能                  。
（3）写出以赤铁矿为原料在高温下制取铁的化学方程式：                  。
（二）上图2为实验室模拟工业炼铁装置图：已知B装置中的液体为过量的氢氧化钠与氢氧化钙混合液，氢氧化钠吸收二氧化碳能力比氢氧化钙强。如果实验成功，请回答下列问题：
（1）图中仪器的名称为                 。
（2）实验过程中的现象：A中                、B中         。
（3）该实验的操作步骤：              。（填序号）
a．点燃A处酒精灯    b．通入CO气体    c．停止通入CO气体   d．熄灭酒精灯。
（4）兴趣小组同学们采集了用热分析仪记录的CO与Fe₂O₃进行反应时的有关数据，并得到固体质量与反应温度的关系曲线．已知原固体质量为48.0g，如图所示．

①根据图象分析，写出B点时固体成分的化学式                。
②若A点生成物为一成分固定的化合物，请确定其化学式是                。（写出计算过程）
写出氧化铁生成该物质的化学方程式为                 。
（5）若某同学实验中，发现过量的混合液溶液增重0.55g。则仪器①中固体减轻的质量为         g。
（6）实验装置图中采用虚线框内的装置，其作用有             （填序号字母）。
A．收集一氧化碳    B．吸收二氧化碳     C．检验二氧化碳

某Fe₃O₄样品中中可能含有的杂质是Fe₂O₃和FeO其中的一种。为探究杂质
的情况设计如下方案：
【实验设计】同学们称取了34.92g该Fe₃O₄样品用图一进行了下列实验：

【实验分析】因探究思路不同，兴趣小组分成甲、乙两个讨论小组。
甲组：（1）B装置中盛的是氢氧化钠溶液，吸收生成的二氧化碳（2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O），B中带孔玻璃球泡的作用是________________________________________。
（2）上述实验过程中，CO的作用有____________________（填序号）
①CO气体作为反应物
②实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸     
③停止加热后，防止A中生成物被氧化
④停止加热后防止B中的溶液倒吸入A中
⑤对B中反应物起到一定的搅拌作用，便于CO₂与反应液充分接触而反应
乙组：乙组同学认为B装置反应前后的质量差会偏小而影响计算、分析，你认为他们
的理由是__________________________________________________；改进为：在B装置后接一盛有浓硫酸的吸水装置，将B和该装置“捆绑”称量，从而减小误差。
【查阅资料】Fe₂O₃和CO反应是随温度升高而逐步进行的，先生成Fe₃O₄，再生成FeO
（黑色），最后生成Fe；利用仪器测定并绘制成反应
过程中A装置中玻璃管内的固体质量随温度的变化
曲线（见下图二）。

（1）写出BC段发生反应的化学方程式：_______________________；
（2）确定：该Fe₃O₄样品中含有的杂质是____________________， 其中含Fe₃O₄的质量是__g，（不需要写出过程
（已知Fe₃O₄、FeO、Fe₂O₃中铁元素质量分数分别为72.4%、77.8%、70.0%）

Ⅰ.某研究性学习小组的同学学习了二氧化碳的性质后，对二氧化碳溶于水的过程，有没有发生化学变化？提出实验改进：用如图所示装置进行实验，验证二氧化碳能与水反应（已知氮气的密度小于空气的密度），操作为：

①从a端通入二氧化碳  ②从分液漏斗中滴加适量水  ③将石蕊溶液染成紫色的干燥纸花放入广口瓶中  ④从b端通入氮气
实验操作顺序最合理的是        ，发生变化的化学方程式为：                 。
Ⅱ.另一小组在课外活动时对“二氧化硫能否与水反应生成酸”进行了实验探究。请你参与他们的探究活动，并回答有关问题。
[查阅资料]常温下二氧化硫是一种无色气体，易溶于水。
[假   设]二氧化硫能与水反应生成酸。
[设计实验] （1）小雨同学将二氧化硫气体通入紫色石蕊试液中，观察溶液颜色的变化。他认为，若紫色石蕊试液变            色，则证明假设成立。
（2）小涛同学认为小雨同学的实验方案不严密。小涛同学用紫色石蕊试液将白色滤纸染成紫色，干燥后做成三朵紫色的小花，然后按下列图示进行实验，在(I)、(Ⅱ)、(Ⅲ)中分别观察到变色和不变色的两种现象。
小涛同学认为，若            (填序号)中的紫色小花变色，则证明假设成立。
 
[交流反思]小明同学对小涛同学的实验方案提出了质疑，他认为上述实验还不足以证明“二氧化硫和水反应生成了酸”，其理由是            。三位同学讨论后补充了一个实验，使探究活动获得了成功，你认为这个实验应该是              (简述实验步骤和现象)。
[结   论]通过上述实验得出：二氧化硫能与水反应生成酸。
Ⅲ、人类的生产和生活都离不开金属。金属元素在自然界中分布很广，在地壳中主要以矿物形式存在。

下列矿石的主要成分不属于氧化物的是       （填序号），如将一定量的铁加入到硫酸铜和硫酸锌的混合溶液中，充分反应后，滤液中一定含有的溶质是          ，滤渣中一定含有          。

利用如图所示的装置可进行一氧化碳还原氧化铁的实验，其中，氮气可用作本实验的保护气； 盛放氧化铁的是一支带有支管的试管，其支管可用于导出试管内的气体；酒精灯带网罩；整套装置的气密性良好．实验前，弹簧夹a、b均处于关闭状态，开始实验时，打开a，通入氮气一段时间后点燃酒精灯，再关闭a，打开b．请联系所学知识回答下列问题：

（1）该实验过程中可以观察到的现象有：_________________、_________________。
（2）试管内一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式为____________________________。
（3）实验结束时，应先打开a，再___________，然后___________，继续通氮气直至装置冷却。（选填“A”或“B”）A．熄灭酒精灯           B．关闭b
（4）待试管冷却后，把生成的黑色粉末倒在白纸上后；用磁铁靠近黑色粉末，黑色粉末全部被吸引；再取少量黑色粉末放入足量硫酸铜溶液中，搅拌后发现黑色粉末部分变红。
【提出问题】炼出来的黑色粉末的成分是什么呢？
【查阅资料】在铁的氧化物中只有氧化铁是红棕色，其余都是黑色；只有氧化亚铁在空气中会很快被氧化成氧化铁；只有四氧化三铁有磁性。
【综合探讨】同学们得出此次炼铁得到的生成物是___________________。
（5）请从两个不同角度评价该实验的优点：_______________，_________________。

南南同学看到“好想你”红枣袋中装有一袋防腐剂，品名为“504双吸剂”，其标签如下图所示。南南和北北对这包久置的“504双吸剂”固体样品很好奇，设计如下实验进行探究。

【提出问题】久置固体的成分是什么？
【查阅资料】铁与氯化铁溶液在常温下发生反应生成氯化亚铁。
【作出猜想】久置固体中可能含有Fe、Fe₂O₃、CaO、Ca（OH）₂和CaCO₃。
【实验探究】南南同学的方案：

实验操作	实验现象	实验结论
取少量固体放于试管中，滴加足量的          。	固体逐渐消失，有无色气体产生，得到浅绿色溶液。	固体中一定含有    ， 一定不含Fe2O3。

北北同学认为南南同学的实验并不能得出一定不含Fe₂O₃的结论，理由是            ，并设计如下实验方案继续验证。

（1）步骤①样品用磁铁吸引前需经过研碎，其中研碎的目的是                。
（2）步骤②中固体溶解时放出大量热，由此可以判断固体中一定含有              。写出该过程中的化学方程式                            。
（3）步骤③中反应的化学方程式是                       。
北北同学对滤渣B又进行探究。

实验操作	实验现象	实验结论
① 取滤渣B于试管中，加入适量 ② 生成的气体通入	① ②该溶液变浑浊。	固体中一定含有CaCO3 和Fe2O3。

【实验结论】综合上述实验及所给数据，该久置固体中一定含有的物质是Fe、Fe₂O₃、CaO、CaCO₃。

【2015年福建省厦门市】用如图装置完成以下实验：

（1）探究燃烧条件：若B处盛放木炭。
Ⅰ．先在A处通入氮气一段时间后，在B处加热，B、C处没有明显变化；
Ⅱ．待B处冷却至室温，在A处通入氧气一段时间后，B、C处没有明显变化；
Ⅲ．在A处继续通入氧气，然后在B处加热，发现木炭燃烧，C处变浑浊。
Ⅰ与Ⅲ对比，说明燃烧的条件之一是____________；Ⅱ与Ⅲ对比，说明燃烧的条件之一是_____________。
（2）模拟工业炼铁：若B处盛放氧化铁粉末。在A处通入一氧化碳一段时间后，B处下方用喷灯加热，B处可观察到的现象为______________________________，尾气处理的方法为__________________________。《自然》杂志刊载“绿色炼铁”技术；电解熔融的氧化铁得到铁和氧气，该反应的化学方程式：_____________________，该炼铁技术另一种产物的用途为___________________________________。

（1）考古人员在发掘出来的文物中，发现金手镯完好无损，铜镜面有少量钢锈，铁器表面则锈迹斑斑．根据以上现象，你能得到的结论是      ．
（2）铁器生锈是铁与      共同作用的结构，写出防止铁制品生锈的一种方法      ．
（3）请你设计一个实验方案，比较铝、铁、铜的金属活动性强弱      ．

某化学小组对铁的冶炼、铁的锈蚀与防护进行以下实验探究．
（1）该小组设计如图1研究铁的冶炼．

①实验时，应先注水片刻后再加热的目的是                                ．
②硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是                                  ．
（2）该小组又设计如图2装置，将反应所得铁粉置于锥形瓶底部，塞紧瓶塞，滴加适量食盐水，开始 测量容器内压强的变化．压强与时间变化关系如图3所示：
①实验中食盐的作用是                     ．
②锥形瓶内压强下降的原因是                      ．
③生产、生活中铁制品的常见防锈方法有                       （举一例）．

如图是某化学课外学习小组设计的探究工业炼铁原理及产物验证的实验，其中A装置的作用是将二氧化碳和炭粉在高温下转化为一氧化碳，看图回答下列问题：

（1）写出装置 $A$玻璃管中发生反应的化学方程式：；
（2）实验过程中，应先点燃装置中的酒精喷灯。
（3）要验证 $B$中产生的 $C{O}_2$，还需要在 $A、B$之间增加装置（填" $D$"或" $E$"）。
（4）整套装置还有一个明显的不足之处是：。
（5）由于铁的氧化物 $F{e}_3{O}_4和FeO$均为黑色， $B$中得到的铁是否含有 $F{e}_3{O}_4和FeO$，该小组同学设计了下列探究实验。
【提出问题】 $CO$还原 $F{e}_2{O}_3$得到的铁是否含有 $F{e}_3{O}_4和FeO$？
【提出猜想】猜想1： $Fe$；  猜想2： $Fe和F{e}_3{O}_4$； 猜想3： $Fe和FeO$；
猜想4：．
【查阅资料】① $2FeC{l}_3+Fe=3FeC{l}_2$，但 $FeC{l}_3$溶液不与 $F{e}_3{O}_4、FeO$反应
② $F{e}_3{O}_4+8HCl=2FeC{l}_3+FeC{l}_2+4H_{2}0$③含有 $F{e}^{3+}$盐溶液遇到 $KSCN$溶液时变成血红色．
【实验探究】限选试剂： $CO$、盐酸、澄清石灰水、 $KSCN$溶液、 $FeC{l}_3$溶液

实验操作	实验现象	实验结论
Ⅰ．取少量黑色产物加入到装有FeCl3溶液的烧杯中，充分反应后过滤，对过滤所得固体用蒸馏水洗涤．	黑色固体部分溶解	猜想2和猜想4都不成立
Ⅱ．取第I步洗涤后所得固体加入到装有足量的试管中，充分反应后，再滴加少量KSCN溶液．	黑色固体全部溶解，溶液不变为血红色
Ⅲ．另取少量黑色产物装入玻璃管中，通入CO，一段时间后加热，并将反应后的气体通入装有一定量澄清石灰水的容器中．	澄清石灰水变浑浊	猜想成立

铁生锈探秘
为探究铁生锈的原因，化学兴趣小组的同学进行了如图所示的四个实验：

实验结果显示：B、D实验中铁生了锈，而A、C实验中没有明显的现象，仔细分析这4 个实验，回答下列问题：
（1）评价方案
对照实验指除了一个变量外，其他的量都保持不变的实验．该实验方案中采用了对照实验方法．请指出其中的对照实验（填ABCD实验代号）和变量．
第①组对照实验，变量．
第②组对照实验，变量．
第③组对照实验，变量．
（2）解释数据
实验时，每隔一段时间测量导管内水面上升的高度，结果如下表所示（表中所列数据为导管中水面上升的高度/cm ）：

时间/小时 编号	0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
A	0	0	0	0	0	0	0
B	0	0	0	0.3	0.8	2.0	3.5
C	0	0	0	0	0	0	0
D	0	0.4	1.2	3.4	7.6	9.5	9.8

导致B、D实验装置中导管内水面上升的原因是．
（3）获得结论
根据本实验，你认为导致铁生锈的物质有；能加快铁生锈的物质是．

某化学兴趣小组进行铁生锈的实验探究活动。

[探究一]铁生锈的条件
（1）该兴趣小组将洁净无锈的铁钉分别置于上图所示装置中，经过一段时间观察，（填装置序号）装置中出现了明显的锈迹。
他们的结论:铁生锈是因为铁与空气中的等发生了化学反应。
（2）甲同学提出了疑问:空气中的氮气、二氧化碳没有参与铁的生锈过程吗？请设计实验为甲同学释疑。，观察并记录现象即可证明。
[探究二]影响铁生锈速率快慢的因素
乙同学说:妈妈常说菜刀沾有盐水生锈更快。这种说法对吗？同学广泛查阅资料。
资料一:导电性强的溶液都可加速铁的生锈。
资料二:海上航行的轮船在与海水接触的部分镶嵌一锌块，能有效降低钢材被腐蚀的速率。
（3）将上述 $A$装置中的蒸馏水改为下列液体中的，可使铁生锈的速率加快。

A．

硫酸钠溶液

B．

无水乙醇

C．

蔗糖溶液

（4）一些铁制品表面覆盖了某些涂层。不同的涂层被破坏后，铁生锈的速率不同。你认为下列涂层破坏后，铁生锈的速率较快。

A．

镀锌铁

B．

镀锡铁

（5）一些建筑的大门刷上了一层银白色的金属，你认为该金属可能是。

A．

银粉

B．

铜粉

C．

镁粉

[交流与思考]
（6）写出一种防止铁生锈的方法。

善于提出问题、探究问题和解决问题是学好化学的重要方法。某研究性学习小组的同学在学习铁及其化合物知识时进行了系列研究。
I．提出问题
问题1：铁为何称为黑色金属？
问题2：铁和氧气在不同条件下能发生哪些反应？
问题3：铁有多种氧化物，它们的性质有哪些差异？
问题4：钢铁厂在选矿时，如何测定铁矿石中的含铁量？
问题5：用一氧化碳还原氧化铁得到的黑色固体一定是单质铁吗？
II．解决问题
【问题1】上网查寻，有两种说法：
a．因为在铁表面有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属。
b．因为铁的粉末为黑色，铁的氧化物也均为黑色，所以叫黑色金属。
（1）你认为正确的说法是（填"a"或"b"）。
【问题2】通过学习，已经知道铁丝在潮湿的空气中能生锈，也能在纯氧中燃烧。
（2）请写出一种防止钢铁生锈的方法。
（3）请写出铁丝在纯氧中燃烧的化学方程式 。
【问题3】查阅资料：
a．铁常见的氧化物有氧化铁( $F{e}_2{O}_3$)、四氧化三铁( $F{e}_3{O}_4$)和氧化亚铁 $FeO$)。
b．四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体，可以近似地看作是氧化亚铁和氧化铁的化合物，它不溶于水，能与酸反应生成两种盐。
c．氧化亚铁是不溶于水的黑色粉末，能与酸反应，无磁性，也不能被磁铁吸引。
（4）请写出四氧化三铁与盐酸反应的化学方程式。
（5）有一包黑色粉末；可能是铁粉、 $F{e}_3{O}_4$粉末、 $FeO$粉末中的一种，请你设计一 种实验方案进行鉴别。
【问题4】同学们参观了某钢铁厂，了解到钢铁厂在选矿时测定铁矿石中含铁量的方法较多。小明结合所学知识，设计了如图所示的实验装置测定某赤铁矿样品中 $F{e}_2{O}_3$的质量分数。他称取l0.0g赤铁矿，当赤钛矿中的 $F{e}_2{O}_3$全部还原为 $Fe$时，剩余固体在 $CO$的保护下冷却、称量，质量为7.6g（假设赤铁矿中的杂质均不与 $CO$反应）。

（6）图中酒精灯的作用是。
（7）该赤铁矿中 $F{e}_2{O}_3$的质量分数为（列出计算过程）。
【问题5]在钢铁厂的实验室，同学们采集了用某种热分析仪记录的 $CO$与 $F{e}_2{O}_3$进行反应时的有关数据，并得到固体质量与反应温度的关系曲线，如图所示：

（8）根据图像分析，写出P点时固体成分的化学式，固体质量由48.0g变为46.4g的过程中发生反应的化学方程式为。

某Fe₃O₄样品中可能含有的杂质是Fe₂O₃和FeO其中的一种。为探究杂质的情况设计如下方案：
【实验设计】同学们称取了23.28 g该Fe₃O₄样品用图①进行了下列实验：

【实验分析】因探究思路不同，兴趣小组分成甲、乙、丙三个讨论小组。
甲组；（1）该组同学欲通过B装置反应前后的质量变化来计算确认该Fe₃O₄样品中的杂质。B中的最佳试剂是______（填序号）。
①澄清石灰水    ②氢氧化钠浓溶液   ③稀盐酸    ④水
（2）上述实验过程中，CO的作用有_______           （填序号）。
①CO气体作为反应物
②实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸
③停止加热后，防止A中生成物被氧化
④停止加热后防止B中的溶液倒吸入A中
⑤对B中反应物起到一定的搅拌作用，便于CO₂与反应液充分接触而反应
乙组：
（3）乙组同学认为B装置反应前后的质量差会偏小而影响计算、分析，你认为他们的理由是_______                    ；改进为在B装置后接一盛有_______（填试剂名称）的广口瓶的吸水装置，将B装置和该装置“捆绑”称量，从而减小误差。
丙组：
（4）丙组同学将B装置中液体改换为Ba(OH)₂溶液，通过测量生成的_______（填化学式）沉淀的质量来计算求解。为了获得沉淀，该组同学需要进行的操作有过滤→_______→________→称量。
【查阅资料】
Fe₂O₃和CO反应是随温度升高而逐步进行的，先生成Fe₃O₄，再生成FeO(黑色)，最后生成Fe；利用仪器测定并绘制成反应过程中A装置中玻璃管内的固体质量随温度的变化曲线（见图②）。

（5）写出BC段发生反应的化学方程式：______________                    。
（6）确定该Fe₃O₄样品中含有的杂质是_______，其中含Fe₃O₄的质量是_______g（不需要写出过程）（已知Fe₃O₄、FeO、Fe₂O₃中铁元素的质量分数分别为72.4%、77.8%、70.0%)。

（6分)某化学实验小组用一块表面镀锌的铁样品进行实验探究活动。
【实验探究】将表面镀锌的铁进行如图A实验，加入稀盐酸与产生氢气的质量关系如图B。

【提出问题】反应后所得的无色滤液a的溶质与固体b的成分是什么？
【猜想假设】秦思认为无色滤液a的溶质是（1）         、氯化亚铁和氯化氢。
【反思评价】请你评价秦思的猜想（2）         。
【推理判断】由无色滤液a 的成分可推知，固体b中一定含有（3）       。
【实验与结论】为验证固体b的成分，单杰向b的样品中加入一种有色物质（4）       （填化学式）溶液，产生的现象是（5）              ，据此现象，证明出固体b中的两种成分，同时得出这两种金属的活动性顺序。
【表达交流】石建向固体b中继续滴加少量稀盐酸也确定出固体b的成分，他观察到的现象是
（6）                       。
【拓展延伸】通过比较锌、铁的活动性，结合图像B在开始加入稀盐酸的过程中并没有产生氢气的现象，你认为在铁的表面镀锌的原因是（7）         ，可阻止进一步氧化。