初中化学金属资源的保护探究题

下图为某学习小组探究金属化学性质时所做的四个实验,仔细分析后回答下列问题:

（1）描述 $A$中的实验现象.

（2）写出 $C$中反应的化学方程式.

（3）要证明 $C{u}_{、}F{e}_{、}Ag$的活动性顺序,至少要做的实验是(填序号).
（4）开始反应后 $D$中溶液逐渐变为黄色,原因是.

铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为                ①                   。某化学兴趣小组同学在学习炼铁的相关内容时，对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究。
【提出问题】单质碳也具有还原性，碳还原氧化铁的化学方程式为          ②        。为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石？
【猜想与假设】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应不易完全。
【进行实验】实验步骤及注意事项如下：
①称取两份相同质量的氧化铁粉末。一份与足量的碳粉均匀混合放入下图装置A的试管中；另一份放入下图装置B的玻璃管中。
②装置A和B两组实验同时开始进行。在装置B的反应中，实验开始前应先    ③     （选填“通CO”或“加热”）； 实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温，其原因是     ④    。

【实验现象】当装置B的玻璃管中固体完全由       ⑤        时（选填“红色变为黑色”或“黑色变为红色”），装置A的试管中仍有        ⑥         。
【解释与结论】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应确实不易完全，这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因。
【交流与反思】经过查阅资料和讨论，该小组同学发现除了上述原因外，工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因，试写出其中的一个：          ⑦       。
【完善实验】联想到单质碳的一些化学性质，甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生。为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO₂，将该气体通过下图的检验装置，正确的连接顺序是         ⑧         （选填字母，装置可重复使用）。经过检验，证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有CO和CO₂，因此装置A的不足之处是   ⑨ 。

(10分）在研究“铁生锈的条件及防治”的实验中，某兴趣小组对实验进行了创新设计，请把实验报告补充完整。
《实验目的》铁生锈条件的探究。
《实验内容》取3段光亮无锈的细铁丝，绕成螺旋状，放入3支干燥洁净的试管底部，进行下列实验，实验要保证有足够长的时间来观察现象。

实验①                   实验②                实验③
《实验现象》实验①②无明显现象，实验③中铁丝生锈，且试管内空气体积减小。
《实验结论》铁生锈实际上是铁与空气中的      、     （填名称）发生反应的结果。
《实验思考》
（1）当铁丝足量，时间足够长，实验③进入试管内的水的体积约占试管体积的     。
（2）该实验创新之处在于：可根据铁丝表面的铁锈和             两种现象来判断铁丝反应进行的情况。
（3）用完的菜刀要擦干存放，理由是                                。
（4）铝比铁活泼，但铝难腐蚀，原因是                             。
（5）为了防止钢铁锈蚀，人们常将铁制成不锈钢，不锈钢属于__________（填“纯净物”或“混合物”）。此外还可以采用在铁器表面涂刷矿物油或镀上其他金属等覆盖保护膜的方法，此方法能防止锈蚀的原理是__      _        ____。
（6）媒体报道每年因生锈而浪费的钢铁非常严重，请你用方程式表达如何用稀硫酸处理铁锈（Fe₂O₃）                                        。

研究金属的腐蚀对资源的利用和保护意义重大。
（1）为了探究铁锈蚀的条件，进行如图-12所示实验。经过一周后观察，试管A和C中的铁钉无明显变化，试管B中的铁钉明显锈蚀。

A              B              C
①通过实验发现：铁锈蚀是铁与_____________发生化学反应的过程。
② A中加入的蒸馏水要事先煮沸，其目的是______________________。
（2）家中的刀具若沾有食盐水锈蚀更快。为了进一步探究影响铁锈蚀速率的因素，做了如下的实验。
【提出问题】铁锈蚀速率与哪些因素有关。
【查阅资料】①物质溶解在水中得到的混合物称为水溶液，如氯化钠溶解在水中得到氯化钠溶液，乙醇溶解在水中得到乙醇溶液。
②氯化钠溶液能导电；乙醇溶液不能导电。
【猜想】铁的锈蚀速率与下列因素有关：
①反应时的温度；②氧气的含量；③水溶液的导电性。
【实验】每次取两套如图-13所示的装置，编号为I、II。向两套装置中分别装入质量、大小相同的铁钉和等体积的蒸馏水，进行如下三组对比实验（实验开始时，各瓶内气体压强保持一致）。

影响因素	实验设计	实验现象	实验结论及解释
①温度	装置I放入25℃恒温环境中，装置II放入40℃恒温环境中。	两套装置中铁钉均锈蚀，且U型管中液面均由b处上升至a处，则所需时间I＞II。	锈蚀的速率I＜II；铁的锈蚀速率与反应时的温度有关，_______。
②氧气含量	_________。	________。	铁的锈蚀速率与氧气的含量有关，氧气的含量越多，铁的锈蚀越快。
③水溶液的导电性	在相同温度下，装置I集气瓶中加入10mL氯化钠溶液；装置II集气瓶中加入10mL乙醇。	两套装置中铁钉均锈蚀； 且U型管中液面均由b处上升至a处，则所需时间I < II。	_______。

 
（3）若将两根铁钉分别放入两支试管中，在一支试管中加入稀硫酸，另一支试管中加入稀盐酸，观察到两支试管内均有大量气泡产生，铁钉逐渐溶解，在酸溶液中被快速腐蚀。
【反思与提高】
根据该探究实验以及你所学的知识，判断下列说法正确的是________（填序号）。
A．金属的腐蚀是指金属单质与其它物质发生化学反应的过程[
B．金属越活泼，就越容易被锈蚀
C．金属腐蚀不一定要有氧气参加

(8分)某化学兴趣小组用一氧化碳与氧化铁的反应来探究炼铁的原理，装置如下图所示。请回答有关问题：

(1)为避免一氧化碳污染空气，并回收利用一氧化碳，方框中连接的是C和D，导管接口的连接顺序为a→(    )→(    )→(    )。C装置中NaOH的作用是
(2)实验开始时，应                                (填“先加热再通CO”或“先通CO再加热”)，目的是                                         。
(3)实验进行一段时间后，玻璃管A中出现的现象为                             ，反应方程式为                               。
(4)除CO外，还有哪些物质可以还原Fe₂O₃            (请写一物质的化学式)。

（10菏泽14）、学习金属单元后，小强知道了铁是当今世界用量最多的金属，而每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料，约占全年钢产量的十分之一。于是小强对金属铁的相关知识开展了探究性学习。
（1）如图，小强将一根20cm的光亮的铁棒放在自来水中，观察A、B、C三处的变化。几天后，他发现_________（填序号）处最先出现铁锈，小强结合书本知识知道，铁生锈实际是铁和________、__________等物质发生反应的过程。

（2）小强来到已停产的企业厂房，看到许多机械设备上已锈迹斑斑，他马上想到可以用稀盐酸将铁锈（主要成分Fe₂O₃）除去，该反应的化学方程式为：______________________
去锈后为防止机械设备进一步锈蚀，小强想到的一种防护方法是_______________________
_______________________。

2009年2月12日，我外交部就法国某公司拍卖我国两件重要文物兔首和鼠首(见右图)，发表严正声明：中国对其拥有不可置疑的所有权。目前我国正在积极追讨这两件文物。兔首和鼠首均为青铜器(铜、锡合金)，表面呈绿色，这是铜器长期暴露在空气中生成了铜锈(铜锈俗称铜绿)。为了弄清铜绿的组成和铜生成铜绿的条件，某化学实验小组进行了如下探究：
   
1．探究铜绿的组成
【查阅资料】 通过查阅资料知道：铜绿受热易分解。
【设计与实验】
(1)小芳从其它铜器上取下适量的干燥铜绿，按右图所示装置进行实验。在实验过程中，观察到：试管口内有水珠出现，说明了铜绿中含有氢、氧元素；澄清石灰水变浑浊，说明了铜绿中含有                 元素。
(2)小芳取下少量试管内反应后的剩余物，放入另一支试管中，滴人稀硫酸，充分反应后，溶液变蓝色，说明铜绿中含有                元素。
【实验结论】 铜绿是由铜、氢、氧和碳元素组成的。
2．探究铜生成铜绿的条件
【查阅资料】铜绿的化学式是Cu₂(OH)₂CO₃，它受热会分解生成三种氧化物。铜绿分解的化学方程式为                                  。
【猜想与假设】  据铜绿的组成和查阅的资料判断，铜绿可能是铜与氧气及         共同作用而形成的。
【设计与实验】 借鉴课本“铁钉锈蚀条件的探究”实验，小梁设计了“铜片锈蚀条件的探究”实验，实验如下图所示(所用铜片洁净、光亮，试管内的“  ”为铜片)：

实验较长时间后，发现            试管中铜片最先生锈(填试管字母编号)。
【评价与改进】 小区认为小梁设计的实验还不够完善，要得出正确的结论，还要补充一个实验。你认为要补充的一个实验是(用图表示亦可)                                  。
【拓展与应用】
小明发现从不同地点收集到的两个铜器(一个是纯铜做的，一个是青铜做的)中，纯铜器的铜绿比青铜器的少，他据此分析认为青铜比纯铜易锈蚀。小明的分析是否全面?请你说明理由。
                                                                  。

(11分)钢铁、铝合金、铜制品等是应用广泛的金属材料。据估计，每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料，约占全年钢产量的十分之一。某校化学兴趣小组的同学探究金属腐蚀的原因，设计如下实验：
(1)如图，取一根约10cm的光亮铁钉放在自来水中，观察A、B、C三处的变化。几天后，他们会发现　▲　处最先出现铁锈，大家结合书本知识知道，铁在空气中生锈实际是铁和　▲　  、 　▲　　等物质相互作用发生一系列复杂的化学反应的过程。

(2)一同学联想到家里铜制餐具上有一层绿色物质，认为铜在空气中也会生锈。他们上网查阅资料，知道这种绿色物质的化学成分为Cu₂(OH)₂CO₃(铜绿)。他们从铜绿组成和空气的成分大胆猜测，铜生锈除了与铁生锈条件相同外，还应该有CO₂参加反应。
请写出铜在空气中生成铜绿的化学方程式　　　　　　▲ 　　　　　　 。
(3)【查阅资料】孔雀石的主要成分是Cu₂(OH)₂CO₃，也可以表示成CuCO₃·Cu(OH)₂。与孔雀石相似，还有许多矿物可用xCuCO₃·yCu(OH)₂(x、y都是正整数)表示，石青就是其中的一种。
【实验探究】为了验证石青的组成成分，他们设计了如下实验，请你共同参与探究。

	实验操作	实验现象	结论
步骤l	取少量石青样品置于大试管中加入足量稀硫酸	(1)产生大量气体 (2)溶液呈蓝色	(1)石青中含有  ▲ 离子 (2)石青中含有  ▲ 离子
步骤2	取少量石青样品置于大试管中加热	(1)残留固体呈  ▲ 色 (2)大试管内壁  ▲	石青加热易分解

 
【反思与拓展】
①确定步骤1中产生气体成分的实验方法是             ▲           。
②根据以上探究，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量和   ▲  的质量，就可确定石青的化学式(即确定x、y的值)。
③防止金属锈蚀的方法很多，如制成不锈钢、在金属表面      ▲      (任写一种方法)。

为探究铁锈蚀的影响因素，某兴趣小组做了如下实验。

[实验方案] 将3枚洁净的铁钉同时置于如图所示环境下的斌舒中，观察铁钉锈蚀情况。
[实验现象]3天后，I、Ⅲ中铁钉不生锈，Ⅱ中铁钉明显生锈。
[获得结论]
(1)对照实验l、Ⅱ，可知铁锈蚀的条件之一为                    ；
(2)防止铁锈蚀的一种方法是                               。
[拓展探究]
(3)小明发现海边的铁器很容易生锈，从而猜测氯化钠能加快铁的锈蚀。请设计实验方案验证小明的猜想                                                     。