2020中考化學(xué)解題寶典-專題24 金屬材料及鋼鐵銹蝕的探究

第

冶煉銅的有關(guān)化學(xué)方程式為①、②。

（2）利用一氧化碳還原赤銅礦（Cu2O）冶煉銅。

實(shí)驗(yàn)室可用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。CuCu2O細(xì)銅絲圖4-5

當(dāng)硬質(zhì)玻璃管中的反應(yīng)結(jié)束時(shí)，應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是①；尾氣導(dǎo)管口處的細(xì)銅絲，能防止點(diǎn)燃尾氣時(shí)產(chǎn)生回火引起爆炸，其原理是②。

（3）利用輝銅礦（Cu2S）冶煉銅的原理如下：

Ⅰ.取一定質(zhì)量的Cu2S在空氣中高溫焙燒，完全反應(yīng)后生成一種銅的氧化物和二氧化硫；

Ⅱ.再取上述一半質(zhì)量的Cu2S，與Ⅰ中生成的銅的氧化物混合均勻，隔絕空氣高溫煅燒，恰好完全反應(yīng)，生成銅和二氧化硫。

結(jié)合質(zhì)量守恒定律，判斷這種銅的氧化物是什么，寫出推理過(guò)程。解析：（1）酸與堿式鹽的反應(yīng)等價(jià)于酸與堿的反應(yīng)+酸與鹽的反應(yīng)，所以Cu2(OH)2CO3]可理解成Cu(OH)2和CuCO3的混合物，氫氧化銅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，碳酸銅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化碳和水；（2）被還原的銅在高溫下容易再次發(fā)生氧化反應(yīng)，所以反應(yīng)結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)通CO；銅絲可導(dǎo)熱降溫，使試管內(nèi)溫度達(dá)不到一氧化碳的著火點(diǎn)；（3）Cu有兩種氧化物，Cu2O和CuO，假設(shè)出化學(xué)式CuxO，代人驗(yàn)證，從而判定出銅的氧化物；答案⑴Cu2(OH)2CO3+2H2SO4=2CuSO4+3H2O+CO2↑、Fe+CuSO4===FeSO4+Cu⑵繼續(xù)通一氧化碳防止新生成的銅被二次氧化銅絲有導(dǎo)熱性,吸收部分熱量,使溫度達(dá)不到一氧化碳的著火點(diǎn)⑶該氧化物為Cu2O,方法一①Cu2S＋O2→X+SO2②2X+Cu2S→Cu+SO2銅有Cu2O和CuO兩種氧化物,每分子中氧原子個(gè)數(shù)為1,②中因?yàn)槎趸蛑蠸、O個(gè)數(shù)比1：2,所以X與Cu2S個(gè)數(shù)比2：1,由題意知①中Cu2S為②中2倍,所以可將①配平如下2Cu2S＋3O2→2X+2SO2可知X為Cu2O方法二、假設(shè)生成氧化銅則①Cu2S＋2O2=2CuO+SO2②2CuO+Cu2S=4Cu+SO2②中Cu2S用量與①相同,與題意不符點(diǎn)撥：判定未知化學(xué)式的寫法，可先根據(jù)元素的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行假設(shè)，再推理；也可以從元素的反應(yīng)個(gè)數(shù)比進(jìn)行推斷。

本節(jié)強(qiáng)化練習(xí)1、化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，關(guān)注物質(zhì)變化過(guò)程，探究物質(zhì)變化的條件很有必要。某化學(xué)興趣小組做了如下圖所示的實(shí)驗(yàn)。探究鐵釘生銹的條件圖4-6根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)中，中間試管的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?？?）請(qǐng)總結(jié)出鐵制品發(fā)生銹蝕的主要條件并寫出防止鐵制品銹蝕的一種方法。1、解析：（1）中間試管的植物油可隔絕空氣，因此實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄胯F釘在隔絕空氣的條件下是否生銹；（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，鐵生銹的主要原因是同時(shí)與空氣和水直接接觸；涂油、噴漆、電鍍不活潑的金屬層都可以達(dá)到防銹的目的；答案：（1）探究鐵釘在隔絕空氣（氧氣）的條件下是否生銹（2）鐵制品同時(shí)與空氣和水直接接觸；在鐵制品表面涂油、覆蓋油漆或在表面鍍一層抗腐蝕的金屬等2、金屬用途廣泛，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等是化學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。（2）某化學(xué)小組用一定量AgNO3和Cu(NO3)2混合溶液進(jìn)行了下圖實(shí)驗(yàn)，

并對(duì)溶液A和固體B的成分進(jìn)行了分析和實(shí)驗(yàn)探究。圖4-7【提出問(wèn)題】溶液A中的溶質(zhì)可能有哪些？【作出猜想】①只有Zn(NO3)2②Zn(NO3)2、AgNO3③Zn(NO3)2、Cu(NO3)2④Zn(NO3)2、AgNO3、Cu(NO3)2【交流討論】不合理的猜想是（填標(biāo)號(hào)），其理由是。【實(shí)驗(yàn)探究】若猜想①成立，通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)可確定固體B的成分，請(qǐng)將下表填寫完整。實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式取少量固體B，滴加有氣泡產(chǎn)生（3）右圖是工業(yè)煉鐵示意圖。其中，焦炭的作用是燃燒提供能量和；有鐵生成的化學(xué)方程式為。圖4-82、解析：（2）【交流討論】Zn先置換出金屬Ag，再置換出金屬銅，所以如果AgNO3剩余，溶液中一定有Cu(NO3)2；所以猜想②不合理；【實(shí)驗(yàn)探究】如果溶質(zhì)中只有硝酸鋅，說(shuō)明鋅粉剛好完全反應(yīng)或過(guò)量，可用稀鹽酸進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)氣泡生成的現(xiàn)象可知，鋅粉過(guò)量；過(guò)量鋅粉與稀鹽酸反應(yīng)生成氫氣和氯化鋅；（3）工業(yè)煉鐵是通過(guò)CO還原氧化鐵得到單質(zhì)鐵的，石灰石高溫分解得到CO2，焦炭與CO2反應(yīng)生成CO,CO與氧化鐵反應(yīng)生成CO2和單質(zhì)Fe；答案：（2）②猜想②中無(wú)Cu(NO3)2，說(shuō)明Cu(NO3)2已與Zn反應(yīng)生成Cu，而Cu能與AgNO3反應(yīng)，故也不可能有AgNO3【或Zn應(yīng)先與AgNO3反應(yīng)后與Cu(NO3)2反應(yīng),當(dāng)有AgNO3剩余時(shí)，溶質(zhì)中一定含有Cu(NO3)2】實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式稀鹽酸（或稀硫酸等）Zn＋2HCl＝ZnCl2＋H2↑（或Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑）（3）制取COFe2O3＋3CO高溫2Fe＋3CO23、2012年3月6日，包括圓明園獸首在內(nèi)的一批珍貴文物首次在煙臺(tái)展出。小霞看到這些240年前的銅質(zhì)獸首后，她想探究銅是怎么冶煉出來(lái)的?！静殚嗁Y料】（1）冶煉銅可以用常見(jiàn)的銅礦石——孔雀石，其主要成分是堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3]。堿式碳酸銅是一種綠色的不溶于水的固體，加熱易分解，能與酸反應(yīng)。Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H20,Cu2(OH)2CO3+4HCl===2CuCl2+CO2↑+3H2O。（2）實(shí)驗(yàn)室可以用至少三種方法來(lái)制取銅：①用氫氣在加熱的條件下還原氧化銅（生成銅和水）；②電解氯化銅溶液（生成銅和氯氣，氯氣有毒）；③用活潑金屬?gòu)你~的鹽溶液中置換。【設(shè)計(jì)方案】在實(shí)驗(yàn)室中以堿式碳酸銅、鐵粉、稀鹽酸為原料來(lái)制取銅。請(qǐng)你仿照下圖①幫她畫出另外兩種制取銅的流程圖。①②③【反思評(píng)價(jià)】（1）上述三種制取銅的方案中，你認(rèn)為最理想的是_________，與其他兩種方案比較，它有哪些優(yōu)點(diǎn)（至少答一點(diǎn)）：_______________________________________________________________。（3）銅銹的主要成分也是堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3]。銅生銹除了與空氣中的氧氣和水關(guān)外，從堿式碳酸銅的化學(xué)式推知，還可能與空氣中的____________有關(guān)。3、解析：（2）【設(shè)計(jì)方案】②根據(jù)題目提示，至少有三種方法來(lái)制取銅，給出的方法一是電解氯化銅，所以剩下的制取銅的方法只能從氫氣還原法和金屬置換法兩種方案中選擇，因此方案二可采取用氫氣還原氧化銅的方法，前提是先生成氧化銅；方案三可采用活潑金屬置換出銅的方法，前提是先生成氯化銅；由于原料中沒(méi)有氫氣，方案②只能先制取氫氣，即用鐵粉與鹽酸反應(yīng)制得氫氣，再用氫氣還原加熱堿式碳酸銅得到的氧化銅，制得銅。由于原料中有單質(zhì)鐵，方案③是堿式碳酸銅先與鹽酸反應(yīng)制得氯化銅，再用鐵粉置換出氯化銅中的銅；【反思評(píng)價(jià)】比較方案①、②和③可以看出，方案①鹽酸與堿式碳酸銅反應(yīng)時(shí)生成CO2，且電解時(shí)需要電能，方案②雖然需要加熱分解，但耗能較小，且反應(yīng)產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境，方案③與①一樣，也生成CO2，只是不需電能；綜合比較氫氣還原制銅法最理想，節(jié)約能源；沒(méi)有有毒尾氣放出，環(huán)保；（3）從堿式碳酸銅的化學(xué)式中可以看出，堿式碳酸銅含有銅、碳、氧、氫四種元素，氧元素與氧氣有關(guān)，氫元素與水有關(guān)，因此碳元素應(yīng)該與空氣中的CO2有關(guān)；答案：（2）【設(shè)計(jì)方案】CuCu2(OH)2CO3CuCl2溶液Cu鐵粉稀鹽酸CuCu2(OH)2CO3CuO溶液CuH2加熱【反思評(píng)價(jià)】（1）鐵粉置換銅方案最為理想節(jié)約能源；沒(méi)有有毒尾氣放出，環(huán)保；儀器裝置和操作簡(jiǎn)單、安全可靠，等待。（答兩條即可）（3）二氧化碳（或CO2）4、某化學(xué)興趣小組對(duì)金屬的性質(zhì)做了如下探究，請(qǐng)你填寫空格：（1）用下圖所示實(shí)驗(yàn)探究鐵生銹的條件（每支試管中均放有完全相同的潔凈鐵片）：圖4-9①甲同學(xué)認(rèn)為，試管A發(fā)生的現(xiàn)象就能夠說(shuō)明鐵的銹蝕是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣共同作用的結(jié)果。乙同學(xué)不同意他的觀點(diǎn)，認(rèn)為必須全面觀察試管_____________（選填試管編號(hào)）發(fā)生的現(xiàn)象，并經(jīng)過(guò)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评恚拍艿贸錾鲜鼋Y(jié)論。②試管D和E實(shí)驗(yàn)的目的是進(jìn)一步探究鐵在_____________________的環(huán)境中是否更容易銹蝕。③為防止金屬銹蝕，除了采用覆蓋保護(hù)膜等措施以外，還可以制成合金。這是因?yàn)楹辖鹋c純金屬相比，其組成和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而引起__________________的變化。（2）某同學(xué)向分別盛有等質(zhì)量的鐵粉和鋅粒的試管中，倒入等質(zhì)量、等溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸，以“金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢”為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷兩種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。有的同學(xué)認(rèn)為這種方案不夠合理，理由是___________________________________________。（3）將一定質(zhì)量的鐵粉放入硝酸銅、硝酸鋅的混合溶液中，充分反應(yīng)后過(guò)濾，所得固體中一定含有的物質(zhì)是_______________________________，且反應(yīng)后溶液質(zhì)量比反應(yīng)前___________（選填“增大”、“減小”或“不變”）。4、解析：（1）①實(shí)驗(yàn)必須采用對(duì)比原則，所以只有ABC進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)才能得出甲同學(xué)的結(jié)論；②D中是鹽溶液，E中是酸溶液，所以用來(lái)探究鐵在鹽、酸存在的環(huán)境中的銹蝕情況；③結(jié)構(gòu)變化引起性質(zhì)變化；（2）等質(zhì)量的鐵粉和鋅粒表面積不一定相同，會(huì)影響反應(yīng)的快慢；（3）鐵粉與硝酸銅反應(yīng)置換出銅，所以過(guò)濾后的固體中一定含有銅；只有鐵粉過(guò)量才會(huì)有鐵；鐵與銅的反應(yīng)比是56:64，因此反應(yīng)后溶液質(zhì)量減少；答案：（1）①ABC②鹽、酸存在③性質(zhì)（2）沒(méi)控制相同的條件，金屬的表面積不同（3）銅減少5、小娜及學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在老師的指導(dǎo)下對(duì)黃銅中銅和鋅的含量及其性質(zhì)展開(kāi)了探究?！静殚嗁Y料】HCl+AgNO3=AgCl↓+HNO3,AgCl是一種白色沉淀，這個(gè)反應(yīng)在化學(xué)上用于檢驗(yàn)和鑒別。【提出問(wèn)題】測(cè)定黃銅中鋅、銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?！緦?shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)】（略）?！咎骄繉?shí)驗(yàn)】1.先將黃銅在熱堿液中浸泡一段時(shí)間，以除去表面的油污。然后再放在稀鹽酸中浸泡片刻，其目的是_________________________。用蒸餾水清洗干凈，干燥，取少量研碎，稱取質(zhì)量為ag。2.將ag試樣放入小燒杯中，加入足量稀鹽酸，攪拌使其充分反應(yīng)。3.將小燒杯中的混合物過(guò)濾，_____________(請(qǐng)將此實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整)。4.稱取固體的質(zhì)量為bg。5.計(jì)算出黃銅中鋅和銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?！痉此寂c評(píng)價(jià)】在步驟1中，若試樣用蒸餾水洗滌之后，不干燥，則計(jì)算出合金中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將（填“偏大”、“偏小”或“不受影響”）【拓展探究】1.重復(fù)【探究實(shí)驗(yàn)】步驟1。2.將ag試樣放入一定量的硝酸銀溶液中，使其充分反應(yīng)后過(guò)濾，得到固體和藍(lán)色濾液，并對(duì)濾液的組成進(jìn)行探究。（1）鋅和硝酸鹽溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________。（2）同學(xué)們對(duì)藍(lán)色濾液中所含的溶質(zhì)做出多種猜想，其中只有兩種猜想可能成立，這兩種猜想是：①溶質(zhì)為硝酸鋅和硝酸銅；②溶質(zhì)為_(kāi)_____________。（3）設(shè)計(jì)兩種實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證以上猜想。方案實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論方案一取少量濾液于試管中，在濾液中插入一根銅絲________________猜想①成立________________猜想②成立方案二__________________________________________________________________猜想①成立________________猜想②成立5、解析：【探究實(shí)驗(yàn)】金屬表面一般都有氧化膜，因此必須用酸洗去；過(guò)濾后的步驟是洗滌、干燥；【反思與評(píng)價(jià)】如果洗滌后不干燥，使得試樣質(zhì)量比實(shí)際高，從而使鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，【拓展探究】（1）鋅與硝酸銀反應(yīng)置換出銀并生成硝酸鋅；（2）鋅比銅相比，優(yōu)先與硝酸銀反應(yīng)，所以一定有硝酸鋅；濾液呈藍(lán)色，溶液中一定含有硝酸銅；說(shuō)明鋅完全反應(yīng)，銅與硝酸銀反應(yīng)硝酸銀過(guò)量，則溶液中有硝酸銀，若銅過(guò)量，則溶液中沒(méi)有硝酸銀；（3）銅絲在硝酸鋅和硝酸銅溶液中沒(méi)有變化，遇到硝酸銀會(huì)生成單質(zhì)銀白色固體；根據(jù)資料提供信息，用稀鹽酸可檢驗(yàn)硝酸銀；答案：【探究實(shí)驗(yàn)】1．除去合金表面的氧化膜(或其它合理答案)3．洗滌、干燥【反思與評(píng)價(jià)】偏大【拓展探究】2．(1)Zn+2AgN03=Zn(N03)2+2Ag(2)②硝酸鋅、硝酸銅和硝酸銀實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論銅絲表面無(wú)變化銅絲表面有銀白色固體析出取少量濾液于試管中，滴加幾濾液無(wú)明顯變化滴稀鹽酸(或其他氯化物溶液)(1分)生成白色沉淀6、冬日里的一天，某班教室的暖氣片和暖氣管的接口處突然爆裂，里面噴出大量的黃色液體，并伴有一些紅褐色的固體。水暖師傅、老師及同學(xué)們進(jìn)行了緊急搶修。事后，同學(xué)們出于好奇收集了紅褐色固體進(jìn)行探究。（1）［初步分析］紅褐色固體的主要成分是鐵銹，鐵銹的成分復(fù)雜，主要是_______________。由此聯(lián)想到鐵在空氣中銹蝕，實(shí)際上是鐵跟__________________、__________________等物質(zhì)相互作用，發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，使鐵轉(zhuǎn)化為鐵的化合物的過(guò)程。［搜集資料］①不溶性堿金屬氧化物+水（反應(yīng)前后元素化合價(jià)不變）；②暖氣片是由生鐵鑄成的；③當(dāng)?shù)嘏瘹庥盟疄橛捕容^大的自來(lái)水；④鐵與銅都屬于金屬，有部分相似的化學(xué)性質(zhì)。如：銅在潮濕的空氣中可以形成銅綠［化學(xué)式為］。（2）［提出猜想］請(qǐng)根據(jù)上述任意一條資料分析，紅褐色物質(zhì)中還可能含有的物質(zhì)是__________________（寫一種物質(zhì)即可），你猜想的依據(jù)是___________________________。（3）［設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)］請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證你的猜想（紅褐色固體已干燥并研成粉末）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（4）［拓展分析］通過(guò)以上探究過(guò)程，再結(jié)合資料④，你對(duì)鐵生銹的條件有什么新的認(rèn)識(shí)：________________________________________________________________________。6、解析：（1）鐵的氧化物中只有氧化鐵固體是紅褐色的，可判定鐵銹的主要成分是氧化鐵；鐵在潮濕空氣中與氧氣、水反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，所以空缺處應(yīng)填氧氣或空氣、水；（2）由于氫氧化鐵呈紅褐色，所以紅褐色物質(zhì)中還可能含