Question

金属是一类重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属，我国有着悠久的金属冶炼历史．
（1）钢铁的生产和使用是人类文明和进步的重要标志，现在世界常以钢铁的产量来衡量一个国家的工业化水平．
①写出利用一氧化碳和磁铁矿（主要成分是Fe₃O₄）冶炼金属铁的化学方程式．
②钢铁的锈蚀给人类带来了巨大的损失．铁在空气中锈蚀后质量会增加，据此，有人认为有的化学反应可以不遵守质量守恒定律．这个结论是否正确？为什么？
③铁锈的主要成分是Fe₂O₃，生活中常用稀盐酸除铁锈，请写出该反应的化学方程式．
（2）某同学学习金属活动性后做如下实验：向AgNO₃、Cu（NO₃）₂、Zn（NO₃）₂混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后过滤，再向滤出的固体上滴加稀硫酸，无气泡产生，则滤出的固体中一定含有______，滤液中一定含有的金属离子为______．上述过程中所发生的有关反应的化学方程式______（写一个即可）
（3）合金是我们生活中使用较多的金属材料．某同学称10g铜锌合金放入烧杯中向其中加入100g稀硫酸，二者恰好反应．反应后称烧杯中剩余物质的总质量为109.8g．试计算①铜锌合金中铜的质量分数？②所用稀硫酸溶液的溶质质量分数？

Answer 1

【答案】分析：（1）①、③根据书写化学方程式的步骤：写、配、注、等，正确书写化学方程式；
 ②考查质量守恒定律解释化学变化中质量的增加原因；根据铁生锈是铁与空气中氧气、水反应，参加反应铁、水、氧气的质量总和等于生成铁锈的质量，进行判断；
（2）考查金属与盐溶液反应的条件．由于反应后滤出固体中滴入稀硫酸无气泡产生，可判断铁粉不足或恰好反应，则滤出固体中一定有Ag（由于在金属活动中Ag活泼性最弱），滤液中一定含有Fe（NO₃）₂和Zn（NO₃）₂，进行解答；
（3）依据反应后的质量减少是生成氢气质量，再依据金属与稀硫酸反应条件知，产生的氢气是由锌与稀硫酸反应而铜不反应．
解答：解：（1）①一氧化碳和磁铁矿冶炼金属铁的化学方程式为：Fe₃O₄+4CO 3Fe+4CO₂ ；
②由于铁生锈是铁与空气中氧气、水反应，参加反应铁、水、氧气的质量总和等于生成铁锈的质量，所以铁锈蚀后的质量增加．所以不遵守质量守恒定律的结论不正确；
③稀盐酸除铁锈反应的化学方程式为：Fe₂O₃+6HCl═3H₂O+2FeCl₃；
（2）由于反应后滤出固体中滴入稀硫酸无气泡产生，可判断铁粉不足或恰好反应，则滤出固体中一定有Ag（由于在金属活动中Ag活泼性最弱），滤液中一定含有Fe（NO₃）₂和Zn（NO₃）₂，滤液中一定含有的金属离子为Fe²⁺和 Zn²⁺；
反应的化学方程式为：Fe+Cu（NO₃）₂═Fe（NO₃）₂+Cu  或  Fe+2AgNO₃═Fe（NO₃）₂+2Ag；
（3）依题知生成氢气的质量=10g+100g-109.8g=0.2g；设铜锌合金中锌的质量为x，稀硫酸中溶质的质量为y
 Zn+H₂SO₄═ZnSO₄ +H₂↑
65  98            2
x   y           0.2g
=   x=6.5 g
=   y=9.8 g
铜锌合金中铜的质量分数为 ×100%=35%；
稀硫酸中溶质的质量分数为 ×100%=9.8%；
答：①铜锌合金中铜的质量分数为35%；
②稀硫酸中溶质的质量分数为9.8%．
故答案为：
（1）①Fe₃O₄+4CO 3Fe+4CO₂ ；
②不正确，由于铁生锈是铁与空气中氧气、水反应，参加反应铁、水、氧气的质量总和等于生成铁锈的质量，所以铁锈蚀后的质量增加；
③Fe₂O₃+6HCl═3H₂O+2FeCl₃； 
（2）Ag；   Fe ²⁺和Zn²⁺；    Fe+Cu（NO₃）₂═Fe（NO₃）₂+Cu  或Fe+2AgNO₃═Fe（NO₃）₂+2Ag
（3）依据反应后的质量减少是生成氢气质量，再依据金属与稀硫酸反应条件知，产生的氢气是由锌与稀硫酸反应而铜不反应．
依题知生成氢气的质量=10g+100g-109.8g=0.2g；设铜锌合金中锌的质量为x，稀硫酸中溶质的质量为y
 Zn+H₂SO₄═ZnSO₄ +H₂↑
65   98          2
x     y         0.2g
=   x=6.5 g
=   y=9.8 g
铜锌合金中铜的质量分数为 ×100%=35%；
稀硫酸中溶质的质量分数为 ×100%=9.8%；
答：①铜锌合金中铜的质量分数为35%；
②稀硫酸中溶质的质量分数为9.8%．
点评：本题考查学生对金属活动性顺序的理解与应用，根据化学方程式进行计算的解题能力；
注意：金属铁在与酸、盐溶液的置换反应中，只能生成+2价的亚铁盐，而不是+3价的铁盐．