Question

天然气作为清洁能源已成为我国现代化城市的首选燃料，LNG船是低温运输天然气的专用船舶，被喻为世界造船“皇冠上的明珠”．某兴趣小组的同学围绕着船舶使用的金属材料进行了研究．
【阅读与思考】
（1）在焊接不锈钢管道时，通常要使用氩气作保护气，这是因为氩气的化学性质

 

．
（2）金属在海水中易生锈腐蚀．造船工业为了避免轮船的钢铁外壳被腐蚀，通常在轮船外壳镶嵌另外一种金属．利用该金属与铁的活动性的不同，保护铁不易被腐蚀．
【研究课题1】一般情况下，两种活动性不同的金属在潮湿的环境中接触时，哪种金属先被腐蚀呢？
【实验设计1】将打磨后的金属片进行如图1所示的实验，放置一段时间后将观察到的现象及分析填入下表：

现象	分析
甲中：铝片表面出现灰白色物质，铁片表面几乎没有明显现象．	铝与铁在潮湿的环境中接触，   首先被腐蚀．
乙中：铁片表面出现   ，铜片表面几乎没有明显现象．	铁与铜在潮湿的环境中接触，铁首先被腐蚀．

【得出结论】一般情况下，两种活动性不同的金属在潮湿的环境中接触时，活动性较

 

填“强”或“弱”）的金属首先被腐蚀．
【知识应用】造船工业为避免轮船的钢铁外壳被腐蚀，通常在轮船外壳镶嵌的金属是

 

（填编号）
A．银块  B．铜块  C．锡块 D．锌块
（3）LNG船还使用了大量的锌铜合金．
【研究课题2】测定锌铜合金中锌、铜的质量分数
【实验设计2】进行如图2所示的实验．
（1）图中量气管和水准管可用来测量气体体积，为准确测量氢气的体积，在读取量气管中液面读数的过程中，应注意

 

（填字母）．
A．读数时视线与凹液面最低处相平
B．读数前应上下移动水准管，待两管液面相平再读数
C．保持水准管静止，待水准管中液面不再上升时再读数
（2）实验前，将已经打磨过的块状锌铜合金加工成碎屑，其目的是：

 

．
（3）实验操作步骤：检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，再次检查装置的气密性，记录量气管的液面位置为5mL，由A向B滴加足量试剂，待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录量气管的液面位置为85mL；将B中剩余固体过滤，洗涤，干燥，用电子天平称其质量为0.416克．
【数据处理】该实验条件下，氢气的密度是0.09g?L^-1．根据上述的数据计算锌铜合金中铜的质量分数．（请写出计算过程）
【误差分析】如果操作规范，计算正确，但通过本方案测出的铜的质量分数计算值总是低于真实值，其主要原因是：①加入的稀硫酸占有一定的体积；②

 

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Answer 1

考点：探究金属锈蚀的条件,实验探究物质的组成成分以及含量,金属的化学性质,根据化学反应方程式的计算

专题：科学探究

分析：【阅读与思考】
（1）根据氩气的化学性质稳定可做氩气的保护气解答；
【实验设计1】根据实验现象分析实验结论；根据结论分析实验现象；
【得出结论】根据实验设计一中的现象和分析得出结论；
【知识应用】根据一般情况下，两种活动性不同的金属在潮湿的环境中接触时，活动性较强的金属先被腐蚀解答；
【实验设计2】
（1）在测量氢气体积时，为了使测量更为准确，要注意上下移动水准管，使左右两管的液面相平，以使量气管中的气压与大气气压相等，读数时视线应与左管内凹液面最低处相平，以减少观察误差；
（2）锌铜合金加工成碎屑，和稀硫酸的接触面积增大，可以加快反应速度；
【数据处理】铜锌合金与稀硫酸反应产生氢气的体积为85mL，则氢气的质量=0.085L×0.09g/L=0.00765g，求出合金中锌的质量，剩余固体就是铜，再加上剩余固体的质量就是合金的质量，从而可以求得铜的质量分数；
【误差分析】利用上述实验装置，测量结果总会偏小，原因是有一部分氢气留在试管和导管中．

解答：解：（1）氩气的化学性质稳定可做氩气的保护气；故答案：稳定；
【实验设计1】甲中：铝片表面出现灰白色物质，铁片表面几乎没有明显现象，说明铝与铁在潮湿的环境中接触，铝首先被腐蚀，故答案：铝；
【得出结论】乙中：铁先被腐蚀，所以现象是铁的表面出现红棕色固体；故答案：红棕色固体；
【知识应用】一般情况下，两种活动性不同的金属在潮湿的环境中接触时，活动性较强的金属先被腐蚀，所以要选用金属活动性比铁强的金属锌；故答案
：D；
【实验设计2】
（1）读数时，要注意视线应于量气管凹液面的最低处保持水平；每次读数前应上下移动水准管，待两管液面相平再读数是为了防止水的压强造成的误差；故选AB．
（2）锌铜合金加工成碎屑，和稀硫酸的接触面积增大，可以加快反应速度，故答案：增大和稀硫酸的接触面积，加快反应速度；
【数据处理】铜锌合金与稀硫酸反应产生氢气的体积为85mL-5mL=80mL，则氢气的质量=0.08L×0.09g/L=0.0072g，
设和稀硫酸反应的合金中锌的质量为x
    Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
    65             2
    x            0.0072g
  

65

x

=

2

0.0072g

   x=0.234g
合金的质量为0.234g+0.416g=0.65g
所以合金中锌的质量分数为

0.234g

0.65g

×100%=36%，则锌铜合金中铜的质量分数1-36%=64%
答：锌铜合金中铜的质量分数64%．
【误差分析】利用上述实验装置，测量结果总会偏小，原因是有一部分氢气留在试管和导管中，故答案为：有一部分氢气留在试管和导管中．

点评：本题探究了铜锌合金中铜和锌的质量分数的测定，完成此题，可以依据铜和锌的性质，根据题干提供的信息进行．本题还考查了量气的方法，关键是把握实验原理和操作方法，注重压强知识的运用及读数的方法．