Question

“嫦娥一号”的成功发射，使全国人民欢欣鼓舞．请同学们阅读下列航天技术中的化学短文并回答有关问题．
材料一：2007年10月24日19时10分，“嫦娥一号”卫星发射成功．下图是中国月球探测工程标志图案．它以中国书法，抽象地勾勒出一轮圆月，一双脚印踏在其上，象征着月球探测的终极梦想．整体图形由一弧两点巧妙形成古文“月”字，同时代表“绕”、“落”、“回”三步走战略，此作品中国的意味十足，简洁而明朗，体现了传统和现代的完美结合．
材料二：人类要在月球活居住，首先离不开淡水和氧气，而月球上既没有水又没有空气．科学家发现月球的沙土中含有丰富的含氧钛铁矿，成分为TiO₂、Fe₂O₃的混合物，将这些矿石利用CO来还原提炼单质钛和铁，若用氢气还原，可以得到淡水．将这些矿石通电，还可以从中分离出氧气．
请你从化学视角来见证这一伟大时刻：
（1）据了解，发射前8h开始加注火箭第三级使用的燃料液氢和液氧．其中液氧的主要作用是________，液氢的主要作用是________，液氢的使用大大减轻了发射的质量，其原因主要是________．写出液氢燃烧方程式________．
（2）从铁生锈条件来分析，月球上铁制品________（填“易”或“不易”）生锈，原因是：________．
（3）现利用CO来还原TiO₂、Fe₂O₃的混合物提炼单质钛和铁，装置如图所示，试回答：

①写出A中CO还原TiO₂的化学方程式________．
②就实验操作顺序的问题两位同学出现了分歧．
小月认为先通一段时间CO排空，然后再点燃C和A中的酒精灯．小亮认为这样做不好，他的理由是________．
小亮认为先点燃C和A中的酒精灯，然后再通CO，小月又提出反对，她的理由是________．
老师认为他们的反对意见都有一定道理．请你帮助这两位同学解决他们的困难，你的办法是________________．
（4）小勇同学进一步探究钛铁矿中Fe₂O₃的质量分数，取10g钛铁矿样品进行实验，待完全反应后，用磁铁吸引铁粉，并称得铁粉的质量为5.6g，试求算钛铁矿中Fe₂O₃的质量分数为多少？

Answer 1

解：（1）使用的燃料是液氢和液氧，其中液氧的主要作用是助燃，液氢是作燃料，由于氢气是最轻的气体，所以能大大减轻发射的质量，反应得化学方程式为2H₂+O₂2H₂O；
（2）铁生锈需要氧气、水的参与，而月球上既没有水又没有空气，所以月球上铁制品不易生锈；
（3）CO还原TiO₂的化学方程式为：2CO+TiO₂Ti+2CO₂，
小月认为先通一段时间CO排空，然后再点燃C和A中的酒精灯，没有考虑到一氧化碳有毒会污染空气；小亮认为先点燃C和A中的酒精灯，然后再通CO，没有考虑到一氧化碳可燃，与空气混合会发生爆炸；正确的操作顺序应该是：先通一段时间CO，同时点燃C处的酒精灯，排尽玻璃管内空气，然后再点燃A处的酒精灯（或先用气球收集尾气，然后再点燃酒精灯）；
（4）设样品中Fe₂O₃的质量为x，则
3CO+Fe₂O₃2Fe+3CO₂
160 112
x 5.6g
x=8g
钛铁矿中Fe₂O₃的质量分数为：×100%═80%
故答案为：（1）助燃、作燃料、密度小、2H₂+O₂2H₂O
（2）不易、月球上既没有水又没有空气
（3）①2CO+TiO₂Ti+2CO₂、②CO有毒，对空气有污染；CO与容器内空气混合，点燃后可能会发生爆炸；先通一段时间CO，同时点燃C处的酒精灯，排尽玻璃管内空气，然后再点燃A处的酒精灯（或先用气球收集尾气，然后再点燃酒精灯）
（4）钛铁矿中Fe₂O₃的质量分数为80%．
分析：（1）物质的性质决定用途，氧气不能燃烧，但能支持燃烧，氢气可燃，可作为燃料，密度小；
（2）从铁生锈需要的条件考虑，铁生锈需要氧气、水的参与，据此可判断月球上铁制品是否生锈；
（3）一氧化碳还原TiO₂的化学方程式可参照一氧化碳还原氧化铁的方程式书写；在实验操作步骤上，一氧化碳应该是“早出晚归”，酒精灯应该“迟到早退”，一氧化碳有毒，在通一氧化碳之前应该先做好尾气处理．
（4）根据生成铁粉的质量，利用化学方程式即可求解．
点评：本题考查燃料的燃烧和一氧化碳还原矿石实验，在设计实验顺序上要注意坚持操作安全、环保的原则，先通一段时间一氧化碳是为了操作安全，先进性尾气处理是为了环保．（4）小题求质量分数时可以根据化学方程式求解，也可根据质量守恒定律，利用化学式求解，生成的铁完全来自氧化铁，氧化铁中铁元素的质量分数为：×100%=70%，则=8g，即氧化铁的质量为8g，再根据混合物总质量10g即可求出氧化铁的质量分数．