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第8讲 金属与矿物-全国初中化学竞赛试题精编（教师版）
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这是一份第8讲 金属与矿物-全国初中化学竞赛试题精编（教师版），共20页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
全国初中化学竞赛试题精编
第8讲 金属与矿物
一、选择题
1. （2022年江苏省“金钥匙”科技竞赛（CESL）初赛）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，活动性强的金属首先被腐蚀。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的金属是
A. 银块 B. 铜块 C. 铁块 D. 锌块
【答案】D
【解析】
A、银的金属活动性比铁低，故错误；
B、铜的金属活动性比铁低，故错误；
C、都是铁为同种金属，故错误；
D、锌的金属活动性比铁高，故正确；
故选D正确；
2. （2022年湖南省衡阳县初三五科联赛）科学家发明了一种“碳纳米管温度计”，这种温度计被认定为世界上最小的温度计。研究人员在长约10－6m，直径为10－7m的碳纳米管中充入液态的金属镓。当温度升高时，管中的镓就会膨胀，通过电子显微镜就能读取温度值。这种温度计测量的范围为18℃～490℃，精确度较高，所以它可用于检查电子线路是否异常，测定毛细血管的温度等许多方面。根据以上信息判断下列推测中错误的是
A. 碳纳米管的体积在10℃至500℃之间随温度变化很小，可忽略不计
B. 金属镓的熔点很低，沸点很高
C. 金属镓的体积在10℃至500℃之间随温度变化比较均匀
D. 金属镓的体积在10℃至500℃之间随温度变化很小，可忽略不计
【答案】D
【解析】
A、因为碳纳米管可以作体温计的外壳，所以碳纳米管的体积在10℃～500℃之间随温度变化很小，可忽略不计，推测正确；
B、因为金属镓这种温度计测量的范围为18℃～490℃，所以金属镓的熔点很低，沸点很高，推测正确；
C、“碳纳米管温度计”精确度较高，金属镓的体积在10℃～500℃之间随温度变化应该比较均匀，推测正确；
D、如果金属镓的体积在10℃～500℃之间随温度变化很小，可忽略不计，那么就不能用作温度计中的液体了，推测错误。
故选：D。
3. （2022年福建省龙岩市科学素养大赛）据《天工开物》记载，我国古代以炉甘石（主要成分是ZnCO3）来升炼倭铅（即锌），其原理如图2。已知锌的熔点420℃、沸点906℃。则下列说法不正确的是
A. 升炼倭铅过程只发生分解反应
B. 冶炼时锌变为蒸气在兜室冷凝为固体
C. “泥封”的目的是为了防止得到的锌被氧化
D. “锌火”是锌蒸气和一氧化碳在空气燃烧
【答案】AB
【解析】
A.升炼倭铅的过程中主要反应有碳酸锌在高温条件下分解生成一氧化碳和氧化锌，二氧化碳与碳反应生成一氧化碳，一氧化碳和氧化锌在高温的条件下反应生成锌和二氧化碳，有分解反应，也有化合反应，故A不正确；
B.反应区温度达到1 100～1300℃，锌变为蒸气与杂质分离，在“兜室”冷凝为液体流出(冷凝区温度高于锌的熔点，低于其沸点)，故B不正确；
C.锌易被空气氧化，为防止锌被氧化而用“泥封”隔绝空气，故C正确；
D.“锌火”是未反应完的一氧化碳和锌蒸气从“兜室”逸出燃烧，故D正确。
故选：AB。
4. （2022年江西赣州市会昌县研学监测）下表中列出了几种物质的熔点，据此判断以下说法正确的是
物质名称
汞
金
铜
铁
钨
氧气
熔点/℃
－38.3
1064
1083
1535
3410
－218
A. 铜掉入铁水中不会熔化 B. 在－216 ℃时，氧气是固态
C. 水银温度计可测量－40 ℃的温度 D. 用钨制的灯丝不易熔化
【答案】D
【解析】
由题中信息知，A. 铜掉入铁水中会熔化，铁熔点比铜高。故A错误。B. 在－218℃时，氧气是固态。故B错误。C. 水银温度计可测量－38.3 ℃的温度。故C错误。D. 用钨制的灯丝不易熔化，熔点较高。故D正确。
5. （2022年江苏省“金钥匙”科技竞赛(CESL)决赛）北宋沈括在《梦溪笔谈》中记载了用“苦泉水”制取铜的方法，其主要生产流程如下图所示。对图中各操作步骤的解释合理的是
A. ①通过蒸发溶剂可获得晶体 B. ②通过复分解反应获得铜
C. ③所得硫酸铜溶液一定是饱和的 D. ④用铁单质置换出铜单质
【答案】AD
【解析】
A、“苦泉水”加热后能获得硫酸铜晶体，①通过蒸发溶剂可获得晶体，故选项说法正确；
B、②是用炭火烧的方法获得铜，生成物中铜是单质，不属于复分解反应，因为复分解反应是两种化合物交换成分生成两种化合物的反应，故选项说法错误；
C、硫酸铜晶体加水溶解形成硫酸铜溶液，③所得硫酸铜溶液不一定是饱和的，故选项说法错误；
D、④是铁与硫酸铜溶液反应生成硫酸亚铁溶液和铜，是单质和化合物生成单质和化合物的反应，属于置换反应，故选项说法正确。
故选：AD。
6．La （镧）是一种活动性比锌强的金属元素，其氧化物为 La2O3 ，对应的碱 La(OH)3 ，难溶于水，而 LaCl3 、 La(NH3)3 都易溶于水，下列各组物质中，不能直接反应生成 LaCl3 的是（ ）。
A．La+HCl B．La2O3+HCl
C．La（OH)3+HCl D.BaCl2+ La(ON)3
【答案】D
【解析】A、镧是一种活动性比锌强的金属元素，类比金属锌，镧和盐酸反应生成LaCl3，不符合题意；B、类比金属锌，La2O3和盐酸反应能生成LaCl3，不符合题意；
C、类比金属锌，La（OH）3和盐酸反应生成LaCl3，不符合题意；
D、盐和盐反应要求反应物都溶于水，BaCl2与La（NO3）3符合该条件，但反应无气体、沉淀或水的生成，故不能反应，符合题意。
故答案为：D。
7．某溶液中含有Cu(NO3)2和AgNO3，向其中逐渐加入一定质量的铁粉进行处理，并绘制加入铁的质量与溶液中溶质种类的关系图。下列说法正确的是（ ）
A．a、b两点，溶液的质量相等
B．当溶质种类为1种时，金属单质种类可能为1种
C．当溶质种类为2种时，金属单质种类可能为2种
D．当溶质种类为3种时，金属单质的种类也为3种
【答案】C
【解析】A、当参加反应的铁的质量为a、b时，溶液中溶质的种类为三种，表明硝酸银没有全部被置换出来，硝酸铜没有参加反应，加入的铁质量不等，置换出的银的质量也不相等，所以最后溶液的质量也不相等，故A不符合题意；
B、当溶质种类为1种时，表明溶液中的硝酸银和硝酸铜全部参加反应，金属单质至少两种，不可能为1种，故B不符合题意；
C、当溶质种类为两种时，硝酸银全部被置换为银，硝酸铜可能有部分被置换为铜，金属单质的种类可能是2种，故C符合题意；
D、当参加反应的铁的质量为a时，溶液中溶质的种类为三种，表明铁的量少，没有将硝酸铜和硝酸银全部置换出来，金属单质是一种，不可能是三种，故D不符合题意。
故答案为：C。
8．向一定质量的MgSO4和CuSO4的混合溶液中加入ag铁粉，充分反应后过滤，得到一定温度下的滤液(不饱和溶液)和滤渣。取少许滤渣，滴入稀盐酸，有气体产生。下列有关说法中，错误的是（ ）
A．滤液一定为浅绿色
B．滤渣的质量一定大于ag
C．滤液中一定含有Mg2+、Fe2+和Cu2+
D．整个过程中MgSO4的质量一定不变
【答案】C
【解析】A、由于加入的铁粉与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，硫酸亚铁的溶液为浅绿色，说法不符合题意；
B 、由分析可知：反应后固体的质量增加，反应前固体质量为ag铁粉，所以反应后滤渣的质量一定大于ag，说法不符合题意；
C、由于MgSO4不发生反应，所以溶液中一定含有Mg2+；铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，所以溶液中一定有Fe2+；取少许滤渣，滴入稀盐酸，有气体产生，说明铁过量，所以滤液中一定没有硫酸铜，则溶液中一定没有Cu2+，说法符合题意；
D、整个过程中MgSO4没有发生反应，所以其质量不变，说法不符合题意。
故答案为：C。
9.（湖南怀化市2020-2021下学期6月化学竞赛）根据如表所列金属的溶点和沸点的数据（其他条件均已满足）判断下列选项中不能制得的合金是
金属
a
b
c
d
熔点℃
97
460
660
1080
沸点℃
883
1174
2200
2500
A. a-b合金 B. a-b-c合金
C. b-c-d合金 D. a-d合金
【答案】D
【解析】
A、b的熔点低于a的沸点，可以制得合金，不符合题意；
B、c的熔点低于a的沸点，可以制得合金，不符合题意；
C、d的熔点低于b的沸点，可以制得合金，不符合题意；
D、d的熔点高于a的沸点，不能制得合金，符合题意。
故选D。
二、非选择题
10. （2022年江苏省“金钥匙”科技竞赛(CESL)决赛）金属的使用是人类社会文明发展的重要标志。金属的治炼和金属性质的研究是化学研究的重要组成部分。
（1）地壳中含量最丰富的金属元素是______；从人类对自然资源利用的技术水平看，人类社会依次经历了石器时代、_____、铁器时代：某金属及其合金有很好的抗腐蚀性能，熔点高、密度小，被广泛用于航空航天器和人造关节等的制造，这种金属是______；在元素周期表中，有相邻的17种金属元素，被称为“工业的维生素”，它们的性质非常相似，这类金属元素统称为______元素。
（2）下列A-G是初中化学中常见的物质，它们之间的转化关系如下图所示(省略了部分反应条件和物质)。其中A→B和D→E需要另加同一种反应物，但该反应物浓度不同：F的稀溶液呈浅绿色，且可与氯化钡溶液反应产生白色沉淀。请回答下列问题：
①写出A、D的化学式A________。D________。
②写出C与E反应生成D的化学方程式________。
③写出F转化成G的化学方程式________。
（3）FeCl3溶液常用于印刷电路板的制造，反应原理为：。向含溶质32.5g的FeCl3溶液中慢慢加入一定量的Cu粉，反应过程中FeCl3、CuCl2的质量随Cu粉质量变化如图所示。则X的化学式为_____，方程式中a和b的比为____，完全反应后，生成X的质量为_____g。
【答案】（1） ①. 铝或Al ②. 铜器时代 ③. 钛或Ti ④. 稀土
（2） ①. C ②. Fe ③.
④.
（3） ①. FeCl2 ②. 2:1 ③. 24.5
【解析】
（1）地壳中含量最丰富的金属元素是铝元素；
人类社会依次经历了石器时代、铜器时代、铁器时代；
钛及其合金有很好的抗腐蚀性能，熔点高、密度小，被广泛用于航空航天器和人造关节等的制造，这种金属是钛；
在元素周期表中，有相邻的17种金属元素，被称为“工业的维生素”，它们的性质非常相似，这类金属元素统称为稀土元素；
（2）F的稀溶液呈浅绿色，可知溶液中含Fe2+，且可与BaCl2溶液反应生自色沉淀，可知F为FeSO4，因为FeSO4+BaCl2=BaSO4↓+FeCl2；D可以转化为F，D可以转化为G，F可以转化为G，则G为FeCl2，D为Fe，C和E反应可生成D，D可以转化为E，E为Fe2O3，C为CO，A可以转化为B，B可以转化为C，又因为A→B和D→E需要另如同一个应物，则A可以为C，B为CO2，A→B碳和氧气反应生成二氧化碳，B→C二氧化碳和氧气反应生成一氧化碳，D→E可以是氧气和铁燃烧生成四氧化三铁，C与E是一氧化碳和四氧化三铁反应生成铁和二氧化碳，但A→B和D→E该反应物浓度不同，则E可以为Fe2O3，Fe与O2、H2O共同接触可以生成铁锈的主要成分，则C与E是一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，代入验证，推断合理。
①根据以上可知，A为碳，其化学式为：C，D为铁，其化学式为：Fe；
②C与E反应生成D是一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：；
③F转化成G是硫酸亚铁和氯化钡反应生成硫酸钡和氯化亚铁，反应的化学方程式为：。
（3）铜具有还原性，将+3价的铁还原为+2价的铁，因此X为氯化亚铁，其化学式为：FeCl2，反应原理为2FeCl3+Cu=CuCl2+2FeCl2，方程式中a和b的比为2:1；
设完全反应后，生成X的质量为x，则
x=25. 4g
完全反应后，生成X的质量为25.4g。
11. （2022山东省第三届学科素养知识竞赛）高炉炼铁是钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的 95%以上。是钢铁的主要来源之一。部分化学工艺流程如图：
（1）主要化学反应原理是： ________________。（用化学方程式表示）
（2）催化反应室的化学反应方程式为 ________________。
（3）明朝宋应星所著《天工开物》中我国古代炼铁图（如上图）。
①《天工开物》中炼铁的第一步与下图的________________原理相似。
②若原料为磁铁矿，生成“堕子钢”的化学反应方程式为________________。
③以下产物是混合物的是 _______________。（只用写字母即可，下同）
A 铁水 B碳的燃烧产物 C空气 D生铁 E熟铁 F纯铁
（4）提炼铜的方法主要有火法炼铜和湿法炼铜。火法炼铜包括熔炼、吹炼、精炼等工序。湿法炼铜是用硫酸将铜矿中的铜置换出来。提炼铜的方法有 。
A. 精炼 B. 高炉 C. 吹炼 D. 化铜 E. 置换 F. 化合
【答案】（1）
（2）
（3） ①. 铁矿石、焦炭、石灰石同时投入高炉中 ②. ③. BCDE （4）ACE
【解析】
（1）赤铁矿的主要成分为氧化铁，根据题干信息分析可知该流程反应的原理为氧化铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，反应的化学反应方程式为：；
（2）催化室中甲烷与水在催化剂作用下反应生成一氧化碳与氢气，反应的化学反应方程式为：；
（3）①天工开物中第一步是将赤铁矿放入还原反应室中反应，与高炉炼铁中将铁矿石、焦炭、石灰石同时投入高炉中原理相似；
②磁铁矿的主要成分为四氧化三铁，四氧化三铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，反应的化学反应方程式为：；
③A、铁水中只有一种物质铁，属于纯净物；
B、碳完全燃烧生成二氧化碳，不完全燃烧生成一氧化碳，则产物中有CO2与CO，属于混合物；
C、空气中含有氮气、氧气等物质，属于混合物；
D、生铁是铁与碳等物质形成的合金，属于混合物；
E、熟铁是铁与碳等物质形成的合金，属于混合物；
则选BCDE；
（4）火法炼铜中包含熔炼、吹炼、精炼等，湿法炼铜原理为硫酸铜与铁反应生成铜与硫酸亚铁，反应属于置换反应，结合选项信息，A、精炼，C、吹炼、E置换符合题意；
故选ACE。
12．化学兴趣小组同学将锌粒放入硫酸铜溶液中时，发现生成红色固体物质的同时有较多的气泡放出。同学们怀疑硫酸铜溶液不纯，才会有气泡产生，于是决定进行实验探究。
（1）（提出猜想）放出的气体可能是SO2、O2、H2的一种或几种，提出猜想的依据是 。 （2）（查阅资料）SO2易溶于水，化学性质与二氧化碳有相似之处，它能使澄清石灰水变浑浊，生成CaSO3。
（方案设计）依据上述猜想，实验小组同学分别设计了如下方案：
甲同学认为是O2，则检验方法是 。经检验不是O2。
（3）实验小组同学合作设计了如下组合实验方案，排除和验证猜想的气体。
（实验探究）实验开始时，先将收集到的气体从a通入一段时间后，再点燃C处酒精灯；这样操作的目的是 。实验过程中发现A装置中溶液不变浑浊，C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色。
（4）（得出结论）锌粒与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是 。
（5）写出锌粒与硫酸铜溶液反应化学方程式 。
（6）（思维拓展）由上述实验可以推出，硫酸铜溶液中可能含有 。
【答案】（1）质量守恒定律
（2）把带火星的木条伸入试管中，观察现象
（3）将装置内空气排尽，防止加热时发生爆炸
（4）氢气
（5）Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4
（6）硫酸
【解析】（1）提出猜想：放出的气体可能是SO2、O2、H2的一种或几种，提出猜想的依据是质量守恒定律，反应前后元素的种类不变，故填：质量守恒定律；
（2）方案设计：
甲同学认为是O2，氧气能使带火星的木条复燃，则检验方法是把带火星的木条伸入集气瓶中，观察现象，若木条复燃，则是氧气；经检验不是O2，故填：把带火星的木条伸入集气瓶中，观察现象；
（3）实验探究：实验开始时，先将收集到的气体从a通入一段时间后，再点燃C处酒精灯；这样操作的目的是防止气体中含有氢气，加热时发生爆炸；实验过程中发现A装置中溶液不变浑浊，说明气体中不含有二氧化硫，C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，是因为氢气和氧化铜反应生成铜和水，说明气体中含有氢气，故填：将装置内空气排尽，防止加热时发生爆炸；
（4）得出结论：由上述分析可知，锌粒与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是氢气，故填：氢气；
（5）锌粒与硫酸铜反应生成硫酸锌和铜，反应的化学方程式为Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，故填：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu；
（6）思维拓展：由上述实验可以推出，硫酸铜溶液显酸性，其中可能含有酸，故填：硫酸。
13．某化学兴趣小组为探究铝和铜的金属活动性强弱，开展了以下探究活动。
（1）（探究实验）
编号
甲
乙
丙
实验操作
将表面未打磨的铝丝浸入CuSO4溶液中
将表面打磨后的铝丝
浸入CuSO4液中
将表面未打磨的铝丝浸入CuCl2液中
实验现象
无明显现象
铝丝表面析出红色固体
铝丝表面析出红色固体
比较实验乙和实验 （选填“甲”或“丙”）可知：打磨能破坏氧化铝薄膜。
（2）实验乙中发生反应的化学方程式为 ，据此可知金属活动性Al比Cu ；（选填“强”或“弱”）
（3）查阅资料得知：CuSO4溶液中有Cu2+、 SO42? 、H2O三种粒子，CuCl2溶液中有Cu2+、Cl-、H2O三种粒子。
下列是小林同学对实验丙的现象进行的分析，你认为下列猜想合理的是 （填字母）。
A.H2O破坏了氧化铝薄膜
B. Cl-破坏了氧化铝薄膜
C .Cu2+破坏了氧化铝薄膜
D. SO42? 破坏了氧化铝薄膜
（4）（探究实验二）将铝丝和铜丝分别浸人相同质量、相同质量分数的稀硫酸中，铜丝不反应；一段时间后铝丝的表面产生大量气泡，氢气的产生速度与时间的关系如图所示。
铝丝反应过程中试管外壁发烫，说明该反应会 （选填“吸收”或“放出”） 热量。
（5）图中0～a段未产生气体的原因是 ，b点所对应溶液中的溶质有 （填化学式），c～d段产生氢气的速率下降的主要原因是 。
【答案】（1）甲（2）2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu；强（3）B（4）放出
（5）铝表面有氧化铝薄膜，0~a段是稀硫酸和氧化铝发生反应；Al2(SO4)3、H2SO4；稀硫酸被消耗，浓度降低（合理即可）
【解析】（1）甲实验中将表面未打磨的铝丝浸入CuSO4溶液中，无明显现象，乙实验中将表面打磨后的铝丝浸入CuSO4液中，观察到铝丝表面析出红色固体，比较实验甲和乙可知，打磨能破坏氧化铝薄膜，故填甲。
（2）实验乙中发生的反应是铝和硫酸铜反应生成硫酸铝和铜，故反应的的化学方程式写为：2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu；
上述反应中，铝能够将硫酸铜中的铜置换出来形成铜单质，证明铝的活动性比铜强，故填强。
（3）CuSO4溶液中有Cu2+、 SO42? 、H2O三种粒子，CuCl2溶液中有Cu2+、Cl-、H2O三种粒子，实验甲中将表面未打磨的铝丝浸入CuSO4溶液中无明显现象，实验丙中将表面未打磨的铝丝浸入CuCl2液中，铝丝表面析出红色固体，说明Cl-破坏了氧化铝薄膜，故填B。
（4）铝丝与稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气，反应过程中试管外壁发烫，说明该反应会放出热量，故填放出。
（5）图中0～a段未产生气体的原因是铝表面有氧化铝薄膜，0~a段是稀硫酸和氧化铝发生反应，故填铝表面有氧化铝薄膜，0~a段是稀硫酸和氧化铝发生反应；
由图可知，b点是铝与稀硫酸反应构成中的一点，则b点所对应溶液中的溶质有反应生成的硫酸铝和剩余的稀硫酸，其化学式分别为Al2(SO4)3、H2SO4，故填Al2(SO4)3、H2SO4；
c～d段产生氢气的速率下降的主要原因是随着反应的进行，硫酸被消耗，溶液中硫酸的浓度减小，反应速率减慢，故填稀硫酸被消耗，浓度降低。
14．铜是人类使用最早、应用广泛的金属材料。某兴趣小组对铜及其化合物的性质进行了探究。
（1）探究长期放置在空气中的铜表面生锈，生成“铜绿”（化学式：Cu2（OH）2CO3）的原因。
【查阅资料】碱石灰能吸收二氧化碳和水蒸气，氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳。
【设计实验】
序号
a
b
c
d
实验装置
实验现象
铜片不生锈
铜片不生锈
铜片不生锈
铜片生锈
【得出结论】①说明铜生锈需要水的一组实验是 （填实验序号）；
②通过实验证明铜与H2O和 反应产生“铜绿”。
③碱石灰的作用是 。
（2）探究CuO和氢气的反应产物
【查阅资料】氧化亚铜为红色固体，溶于氨水得到蓝色溶液。
【进行实验】实验①，如图1所示实验装置，进行氢气还原氧化铜实验并检验固体产物。
实验②：称取若干份质量均为0.6000g的CuO，在相同条件下分别用氢气还原，其在不同时间（t）所得固体中Cu2O的质量（m）如图2所示。
【实验结论】取实验①反应后的红色固体于烧杯中，加入氨水并搅拌，观察到 ，证明固体产物有Cu2O。
（3）【实验反思】兴趣小组认为，氢气还原氧化铜的反应过程主要为“经历， 两个反应，且在同一条件下两个反应同时进行”。请结合实验结果和计算分析，说明“在同一条件下两个反应能同时进行”合理的依据： 。
（4）探究硫酸铜溶液与铝反应的产物
【进行实验】兴趣小组同学在试管中进行如图3所示的实验，实验中发生反应的化学方程式是： 。
实验过程中，小组同学惊奇的发现试管中铝片表面有气泡生成，并收集了该气体。
【提出问题】生成的气体是什么呢？
【猜想与假设】猜想1：可能是SO2；猜想2：可能是H2；……
【实验探究】甲同学用手轻的在盛有该气体的试管口煸动，使极少量的气体飘进鼻孔，发现该气体无气味，认为猜想1不成立，其原因是 。乙同学在甲同学实验的基础上，接着进一步实验，验证该气体为H2。
（5）【解释和结论】铝片表面生成的少量气泡为H2，硫酸铜溶于水后，会发生如下变化：
①CuSO4在水中解离出Cu2+和SO42?；
②。
铝片和H+会发生如下变化：
【拓展延伸】材料1：硫酸铝溶于水也会发生类似的变化。
材料2：在一定条件下，氢氧化铝具有吸附性，可吸附水里的悬浮杂质。
根据以上信息，请解释硫酸铝也可以用来净水的原因： 。
【答案】（1）a、d；氧气、二氧化碳；防止空气中二氧化碳干扰实验结果
（2）溶液由无色变蓝色
（3）如果反应是分步进行的，设第一步生成氧化亚铜的质量为x2CuO1600.6000g+H2Δ__Cu2O144x+H2O160144=0.6000gxx=0.540g结合图像可知，0.540g≠0.321g，固体最大质量不是0.540g，说明在同一条件下两个反应能同时进行。
（4）2Al+3CuSO4=Al2(SO)3+3Cu；二氧化硫气体是具有刺激性气味的气体，实验发现该气体无气味
（5）硫酸铝在水中解离出铝离子，铝离子和水生成氢氧化铝，氢氧化铝具有吸附性，可吸附水里的悬浮杂质达到净水目的
【解析】（1）得出结论：
①实验a、d中的变量为是否存在水，a中铜不生锈、d中铜生锈，说明铜生锈需要水；
②已知，碱石灰能吸收二氧化碳和水蒸气，氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳。
a中没有水，铜不生锈；b中没有二氧化碳，铜不生锈；c中没有氧气，铜不生锈；d中存在水、氧气、二氧化碳，铜生锈；通过实验证明铜与H2O和氧气、二氧化碳反应产生“铜绿”。
③已知，碱石灰能吸收二氧化碳和水蒸气；碱石灰的作用是吸收空气中二氧化碳，防止空气中二氧化碳干扰实验结果。
（2）实验结论：
已知，氧化亚铜为红色固体，溶于氨水得到蓝色溶液。
取实验①反应后的红色固体于烧杯中，加入氨水并搅拌，观察到溶液由无色变蓝色，证明固体产物有Cu2O。
（3）实验反思：如果反应是分步进行的，设第一步生成氧化亚铜的质量为x
2CuO1600.6000g+H2Δ__Cu2O144x+H2O160144=0.6000gxx=0.540g
结合图像可知，0.540g≠0.321g，故说明在同一条件下两个反应能同时进行。
（4）进行实验：铝和硫酸铜生成铜和硫酸铝，2Al+3CuSO4=Al2(SO)3+3Cu。
实验探究：二氧化硫气体是具有刺激性气味的气体，实验发现该气体无气味，故猜想1不成立。
（5）拓展延伸：由解释和结论结合材料1、2可知；硫酸铝也可以用来净水的原因为：硫酸铝在水中解离出铝离子，铝离子和水生成氢氧化铝，氢氧化铝具有吸附性，可吸附水里的悬浮杂质达到净水目的。
15. （2022江苏盐城市射阳县综合素质能力竞赛）人类的生产和生活都离不开金属。
（一）金属材料的使用作为一个时代的标志，见证了人类文明发展的过程。历史上人类冶炼不同金属的大致年代如图所示：
（1）由图可知人类最早使用的合金是______；通过敲打可将金属材料打制成不同的形状，是利用了金属的______性。
（2）北宋沈括在《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山有苦泉，流以为涧。挹其水熬之则成胆矾 （硫酸铜晶体）。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。下列叙述正确的是______（填序号）
A．“苦泉”的溶质之一——CuSO4
B．“挹其水熬之”——蒸发溶剂
C．“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”——发生置换反应
（3）铝的利用距今100多年，现在铝的年产量得到大幅度的提高。铝虽然较活泼，但抗腐蚀性能好，原因是______（用化学方程式表示）
（二）实验室探究铜的冶炼
已知：H2+CuOCu+H2O。有文献报道：在氢气还原氧化铜的一些实验中，得到的固体产物是铜和氧化亚铜（Cu2O）组成的混合物。氧化亚铜为红色固体，在空气中溶于氨水得到蓝色溶液。某兴趣小组对此开展如下探究。
Ⅰ、设计如图1实验装置，开展氢气还原氧化铜实验并检验固体产物。
（1）图1中制取氢气的化学反应方程式为______。
（2）实验开始时，______（填序号）
A．先向长颈漏斗中加稀硫酸后点酒精灯 B．先点燃酒精灯加热后向长颈漏斗中加稀硫酸
（3）取反应后的红色固体于烧杯中，加入氨水并搅拌，观察到______，证明固体产物有Cu2O。
Ⅱ、探究反应生成Cu2O的变化情况。
称取若干份质量均为0.6000g的CuO，在相同条件下分别用氢气还原不同时间（t），检测所得固体中Cu2O的质量（m），结果如图2。
（4）由图2可知，在氢气还原氧化铜反应过程中，Cu2O质量的变化趋势是______。
（5）为确保氢气还原氧化铜所得固体产物不含Cu2O，应采取的措施是______。
Ⅲ、探究反应生成Cu2O的原因。
为解释实验结果，兴趣小组对氢气还原氧化铜的反应过程提出如下假设：
假设1：经历2CuO+H2∆Cu2O+H2O，H2+Cu2O∆2Cu+H2O两个反应，且在同一条件下两个反应同时进行。
假设2：依次经历CuO+H2∆Cu+H2O、Cu+CuO∆Cu2O、H2+Cu2O∆2Cu+H2O三个反应。
（6）结合探究Ⅱ的结果，通过计算分析，假设1中“在同一条件下两个反应能同时进行”合理的依据是______。（写出合理的推理过程）
（三）用废铜屑生产硫酸铜晶体（CuSO4•5H2O）的流程如下：
（7）“溶解”时发生的化学反应方程式为______。
（8）“洗涤、干燥”过程中常用95%的酒精做洗涤剂，优点是______。
（9）取10g CuSO4·5H2O，其受热脱水过程的热重曲线（剩余固体质量随温度变化的曲线）如下图所示。则晶体CuSO4·3H2O存在的最高温度约为______。
【答案】 ①. 青铜 ②. 延展 ③. ABC ④. 4Al+3O2＝2Al2O3 ⑤. Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ ⑥. A ⑦. 溶液变蓝 ⑧. 先增大后减小 ⑨. 通入足量氢气，加热较长时间 ⑩. 假设0.6000gCuO全部变成Cu2O时，其质量为0.54g，而由图2可知Cu2O的最大质量为0.3218g，所以两个反应同时进行 ⑪. Cu+H2SO4+H2O2=CuSO4+2H2O ⑫. 酒精易挥发，无需加热烘干，可防止结晶水合物受热失去结晶水或有利于晶体快速晾干（合理即可） ⑬. 113℃
【解析】
（一）（1）由图可知人类最早使用的合金是青铜，通过敲打可将金属材料打制成不同的形状，是利用了金属的延展性。故答案为：青铜、延展。
(2 )A、“苦泉”的溶质之是CuSO4 ，故A正确；
B、“挹其水熬之” ——蒸发溶剂，故B正确；
C、“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜” ——发生置换反应，铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，故C正确。
故答案为：ABC。
( 3 )铝的利用距今100多年，现在铝的年产量得到大幅度的提高，铝虽然较活泼，但抗腐蚀性能好，原因是铝能和氧气反应生成致密的氧化铝保护膜，反应的化学方程式是4Al+3O2＝2Al2O3。
（二）（1）图1中制取氢气的反应是锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，反应的化学反应方程式为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 。
（2）实验开始时先向长颈漏斗中加稀硫酸后点酒精灯，利用生成的氢气排净试管内的空气，以免氢气和空气混合受热发生爆炸，故选A。
（3）根据题干信息：氧化亚铜为红色固体，在空气中溶于氨水得到蓝色溶液可知，取反应后的红色固体于烧杯中，加入氨水并搅拌，观察到溶液变蓝，证明固体产物有Cu2O。
（4）由图2可知，在氢气还原氧化铜反应过程中，Cu2O质量的变化趋势是先增大后减小。
（5）从图中可知，过了一段时间后，加热时间越长，Cu2O的质量越小，所以为了所得固体产物不含Cu2O，应采取的措施是：延长加热时间，并通入足量氢气。
（6）根据铜元素守恒假设0.6000gCuO全部变成Cu2O时，生成Cu2O的质量为x， ， ，x= 0.54g，而由图2可知Cu2O的最大质量为0.3218g，说明氧化铜未完全转化为Cu2O时, Cu2O就开始转化为其他物质，所以两个反应同时进行。
（7）根据流程可知，溶解时加入的物质有废铜屑、过量稀H2SO4和H2O2溶液，反应后得到的溶液经一系列操作后得到硫酸铜晶体（CuSO4•5H2O），结合质量守恒定律，可推知反应得到的产物是硫酸铜和水，则 “溶解”时发生的化学反应方程式为：Cu+H2SO4+H2O2=CuSO4+2H2O。
（8）洗涤目的是除去硫酸铜晶体表面残留的杂质，洗涤过程中要尽量减少硫酸铜晶体的溶解，防止硫酸铜晶体失去结晶水，酒精易挥发，无需加热烘干，可防止结晶水合物受热失去结晶水或有利于晶体快速晾干。
（9）10g CuSO4•5H2O中含CuSO4的质量为：，含结晶水的质量为：10g-6.4g=3.6g，则CuSO4•5H2O受热脱水变为CuSO4•3H2O时失去水的质量为，此时晶体的质量为：，即102℃时开始生成CuSO4•3H2O，继续加热至113℃，晶体会继续脱水，CuSO4•3H2O存在的最高温度约为113℃。
16.如图是古代炼铁邮票，它呈现了古代我国金属冶炼技术。画中是生、熟炼铁炉，中部是古代编钟，对图进行判断和推理是化学核心素养中所体现的科学精神。请回答：
（1）编钟一般用青铜铸造，青铜是________合金
（2）从促进燃烧的角度看，两人推动风箱，目的是__________；
（3）从泥炉中流淌出的“堕子钢”，实际是现代所指的_______(填：A.纯铁；B.钢；C.生铁)；一人向另一方炉中撒入石灰石粉末，目的是_______________________；
（4）古代用碳和赤铁矿直接充分反应，方程式为______________________，铁元素的化合价的变化是______________。
【答案】铜锡（为炉膛）提供足够多的氧气（或增加氧气的量，但答增加氧气的浓度不给分）；C（生铁）；除去炉渣（造渣）3C+2Fe2O3高温 4Fe＋3CO2↑ ；由＋3价变为0价
【解析】
（1）编钟一般用青铜铸造，青铜是铜锡合金；
（2）促进燃烧的方法有：增大可燃物与氧气的接触面积，提高氧气的浓度口从促进燃烧的角度看，两人推动风箱，目的是提供足够多的氧气，增大可燃物与氧气的接触面积口
（3）从泥炉中流淌出的“堕子钢”，实际是现代所指的生铁；炼铁时，向炉中撒入石灰石粉末，目的是和炼铁时可能产生的二氧化硫反应生成硫酸钙（炉渣），防止污染空气
（4）赤铁矿的主要成分是氧化铁，古代用碳和赤铁矿炼铁时，碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，反应方程式为3C+2Fe2O3高温 4Fe＋3CO2↑，化合物中元素的化合价代数和为零，单质中元素的化合价为零，铁元素的化合价的变化是由＋3价变为0价
全国初中化学竞赛试题精编
第8讲 金属与矿物
一、选择题
1. （2022年江苏省“金钥匙”科技竞赛（CESL）初赛）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，活动性强的金属首先被腐蚀。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的金属是
A. 银块 B. 铜块 C. 铁块 D. 锌块
【答案】D
【解析】
A、银的金属活动性比铁低，故错误；
B、铜的金属活动性比铁低，故错误；
C、都是铁为同种金属，故错误；
D、锌的金属活动性比铁高，故正确；
故选D正确；
2. （2022年湖南省衡阳县初三五科联赛）科学家发明了一种“碳纳米管温度计”，这种温度计被认定为世界上最小的温度计。研究人员在长约10－6m，直径为10－7m的碳纳米管中充入液态的金属镓。当温度升高时，管中的镓就会膨胀，通过电子显微镜就能读取温度值。这种温度计测量的范围为18℃～490℃，精确度较高，所以它可用于检查电子线路是否异常，测定毛细血管的温度等许多方面。根据以上信息判断下列推测中错误的是
A. 碳纳米管的体积在10℃至500℃之间随温度变化很小，可忽略不计
B. 金属镓的熔点很低，沸点很高
C. 金属镓的体积在10℃至500℃之间随温度变化比较均匀
D. 金属镓的体积在10℃至500℃之间随温度变化很小，可忽略不计
【答案】D
【解析】
A、因为碳纳米管可以作体温计的外壳，所以碳纳米管的体积在10℃～500℃之间随温度变化很小，可忽略不计，推测正确；
B、因为金属镓这种温度计测量的范围为18℃～490℃，所以金属镓的熔点很低，沸点很高，推测正确；
C、“碳纳米管温度计”精确度较高，金属镓的体积在10℃～500℃之间随温度变化应该比较均匀，推测正确；
D、如果金属镓的体积在10℃～500℃之间随温度变化很小，可忽略不计，那么就不能用作温度计中的液体了，推测错误。
故选：D。
3. （2022年福建省龙岩市科学素养大赛）据《天工开物》记载，我国古代以炉甘石（主要成分是ZnCO3）来升炼倭铅（即锌），其原理如图2。已知锌的熔点420℃、沸点906℃。则下列说法不正确的是
A. 升炼倭铅过程只发生分解反应
B. 冶炼时锌变为蒸气在兜室冷凝为固体
C. “泥封”的目的是为了防止得到的锌被氧化
D. “锌火”是锌蒸气和一氧化碳在空气燃烧
【答案】AB
【解析】
A.升炼倭铅的过程中主要反应有碳酸锌在高温条件下分解生成一氧化碳和氧化锌，二氧化碳与碳反应生成一氧化碳，一氧化碳和氧化锌在高温的条件下反应生成锌和二氧化碳，有分解反应，也有化合反应，故A不正确；
B.反应区温度达到1 100～1300℃，锌变为蒸气与杂质分离，在“兜室”冷凝为液体流出(冷凝区温度高于锌的熔点，低于其沸点)，故B不正确；
C.锌易被空气氧化，为防止锌被氧化而用“泥封”隔绝空气，故C正确；
D.“锌火”是未反应完的一氧化碳和锌蒸气从“兜室”逸出燃烧，故D正确。
故选：AB。
4. （2022年江西赣州市会昌县研学监测）下表中列出了几种物质的熔点，据此判断以下说法正确的是
物质名称
汞
金
铜
铁
钨
氧气
熔点/℃
－38.3
1064
1083
1535
3410
－218
A. 铜掉入铁水中不会熔化 B. 在－216 ℃时，氧气是固态
C. 水银温度计可测量－40 ℃的温度 D. 用钨制的灯丝不易熔化
【答案】D
【解析】
由题中信息知，A. 铜掉入铁水中会熔化，铁熔点比铜高。故A错误。B. 在－218℃时，氧气是固态。故B错误。C. 水银温度计可测量－38.3 ℃的温度。故C错误。D. 用钨制的灯丝不易熔化，熔点较高。故D正确。
5. （2022年江苏省“金钥匙”科技竞赛(CESL)决赛）北宋沈括在《梦溪笔谈》中记载了用“苦泉水”制取铜的方法，其主要生产流程如下图所示。对图中各操作步骤的解释合理的是
A. ①通过蒸发溶剂可获得晶体 B. ②通过复分解反应获得铜
C. ③所得硫酸铜溶液一定是饱和的 D. ④用铁单质置换出铜单质
【答案】AD
【解析】
A、“苦泉水”加热后能获得硫酸铜晶体，①通过蒸发溶剂可获得晶体，故选项说法正确；
B、②是用炭火烧的方法获得铜，生成物中铜是单质，不属于复分解反应，因为复分解反应是两种化合物交换成分生成两种化合物的反应，故选项说法错误；
C、硫酸铜晶体加水溶解形成硫酸铜溶液，③所得硫酸铜溶液不一定是饱和的，故选项说法错误；
D、④是铁与硫酸铜溶液反应生成硫酸亚铁溶液和铜，是单质和化合物生成单质和化合物的反应，属于置换反应，故选项说法正确。
故选：AD。
6．La （镧）是一种活动性比锌强的金属元素，其氧化物为 La2O3 ，对应的碱 La(OH)3 ，难溶于水，而 LaCl3 、 La(NH3)3 都易溶于水，下列各组物质中，不能直接反应生成 LaCl3 的是（ ）。
A．La+HCl B．La2O3+HCl
C．La（OH)3+HCl D.BaCl2+ La(ON)3
【答案】D
【解析】A、镧是一种活动性比锌强的金属元素，类比金属锌，镧和盐酸反应生成LaCl3，不符合题意；B、类比金属锌，La2O3和盐酸反应能生成LaCl3，不符合题意；
C、类比金属锌，La（OH）3和盐酸反应生成LaCl3，不符合题意；
D、盐和盐反应要求反应物都溶于水，BaCl2与La（NO3）3符合该条件，但反应无气体、沉淀或水的生成，故不能反应，符合题意。
故答案为：D。
7．某溶液中含有Cu(NO3)2和AgNO3，向其中逐渐加入一定质量的铁粉进行处理，并绘制加入铁的质量与溶液中溶质种类的关系图。下列说法正确的是（ ）
A．a、b两点，溶液的质量相等
B．当溶质种类为1种时，金属单质种类可能为1种
C．当溶质种类为2种时，金属单质种类可能为2种
D．当溶质种类为3种时，金属单质的种类也为3种
【答案】C
【解析】A、当参加反应的铁的质量为a、b时，溶液中溶质的种类为三种，表明硝酸银没有全部被置换出来，硝酸铜没有参加反应，加入的铁质量不等，置换出的银的质量也不相等，所以最后溶液的质量也不相等，故A不符合题意；
B、当溶质种类为1种时，表明溶液中的硝酸银和硝酸铜全部参加反应，金属单质至少两种，不可能为1种，故B不符合题意；
C、当溶质种类为两种时，硝酸银全部被置换为银，硝酸铜可能有部分被置换为铜，金属单质的种类可能是2种，故C符合题意；
D、当参加反应的铁的质量为a时，溶液中溶质的种类为三种，表明铁的量少，没有将硝酸铜和硝酸银全部置换出来，金属单质是一种，不可能是三种，故D不符合题意。
故答案为：C。
8．向一定质量的MgSO4和CuSO4的混合溶液中加入ag铁粉，充分反应后过滤，得到一定温度下的滤液(不饱和溶液)和滤渣。取少许滤渣，滴入稀盐酸，有气体产生。下列有关说法中，错误的是（ ）
A．滤液一定为浅绿色
B．滤渣的质量一定大于ag
C．滤液中一定含有Mg2+、Fe2+和Cu2+
D．整个过程中MgSO4的质量一定不变
【答案】C
【解析】A、由于加入的铁粉与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，硫酸亚铁的溶液为浅绿色，说法不符合题意；
B 、由分析可知：反应后固体的质量增加，反应前固体质量为ag铁粉，所以反应后滤渣的质量一定大于ag，说法不符合题意；
C、由于MgSO4不发生反应，所以溶液中一定含有Mg2+；铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，所以溶液中一定有Fe2+；取少许滤渣，滴入稀盐酸，有气体产生，说明铁过量，所以滤液中一定没有硫酸铜，则溶液中一定没有Cu2+，说法符合题意；
D、整个过程中MgSO4没有发生反应，所以其质量不变，说法不符合题意。
故答案为：C。
9.（湖南怀化市2020-2021下学期6月化学竞赛）根据如表所列金属的溶点和沸点的数据（其他条件均已满足）判断下列选项中不能制得的合金是
金属
a
b
c
d
熔点℃
97
460
660
1080
沸点℃
883
1174
2200
2500
A. a-b合金 B. a-b-c合金
C. b-c-d合金 D. a-d合金
【答案】D
【解析】
A、b的熔点低于a的沸点，可以制得合金，不符合题意；
B、c的熔点低于a的沸点，可以制得合金，不符合题意；
C、d的熔点低于b的沸点，可以制得合金，不符合题意；
D、d的熔点高于a的沸点，不能制得合金，符合题意。
故选D。
二、非选择题
10. （2022年江苏省“金钥匙”科技竞赛(CESL)决赛）金属的使用是人类社会文明发展的重要标志。金属的治炼和金属性质的研究是化学研究的重要组成部分。
（1）地壳中含量最丰富的金属元素是______；从人类对自然资源利用的技术水平看，人类社会依次经历了石器时代、_____、铁器时代：某金属及其合金有很好的抗腐蚀性能，熔点高、密度小，被广泛用于航空航天器和人造关节等的制造，这种金属是______；在元素周期表中，有相邻的17种金属元素，被称为“工业的维生素”，它们的性质非常相似，这类金属元素统称为______元素。
（2）下列A-G是初中化学中常见的物质，它们之间的转化关系如下图所示(省略了部分反应条件和物质)。其中A→B和D→E需要另加同一种反应物，但该反应物浓度不同：F的稀溶液呈浅绿色，且可与氯化钡溶液反应产生白色沉淀。请回答下列问题：
①写出A、D的化学式A________。D________。
②写出C与E反应生成D的化学方程式________。
③写出F转化成G的化学方程式________。
（3）FeCl3溶液常用于印刷电路板的制造，反应原理为：。向含溶质32.5g的FeCl3溶液中慢慢加入一定量的Cu粉，反应过程中FeCl3、CuCl2的质量随Cu粉质量变化如图所示。则X的化学式为_____，方程式中a和b的比为____，完全反应后，生成X的质量为_____g。
【答案】（1） ①. 铝或Al ②. 铜器时代 ③. 钛或Ti ④. 稀土
（2） ①. C ②. Fe ③.
④.
（3） ①. FeCl2 ②. 2:1 ③. 24.5
【解析】
（1）地壳中含量最丰富的金属元素是铝元素；
人类社会依次经历了石器时代、铜器时代、铁器时代；
钛及其合金有很好的抗腐蚀性能，熔点高、密度小，被广泛用于航空航天器和人造关节等的制造，这种金属是钛；
在元素周期表中，有相邻的17种金属元素，被称为“工业的维生素”，它们的性质非常相似，这类金属元素统称为稀土元素；
（2）F的稀溶液呈浅绿色，可知溶液中含Fe2+，且可与BaCl2溶液反应生自色沉淀，可知F为FeSO4，因为FeSO4+BaCl2=BaSO4↓+FeCl2；D可以转化为F，D可以转化为G，F可以转化为G，则G为FeCl2，D为Fe，C和E反应可生成D，D可以转化为E，E为Fe2O3，C为CO，A可以转化为B，B可以转化为C，又因为A→B和D→E需要另如同一个应物，则A可以为C，B为CO2，A→B碳和氧气反应生成二氧化碳，B→C二氧化碳和氧气反应生成一氧化碳，D→E可以是氧气和铁燃烧生成四氧化三铁，C与E是一氧化碳和四氧化三铁反应生成铁和二氧化碳，但A→B和D→E该反应物浓度不同，则E可以为Fe2O3，Fe与O2、H2O共同接触可以生成铁锈的主要成分，则C与E是一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，代入验证，推断合理。
①根据以上可知，A为碳，其化学式为：C，D为铁，其化学式为：Fe；
②C与E反应生成D是一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：；
③F转化成G是硫酸亚铁和氯化钡反应生成硫酸钡和氯化亚铁，反应的化学方程式为：。
（3）铜具有还原性，将+3价的铁还原为+2价的铁，因此X为氯化亚铁，其化学式为：FeCl2，反应原理为2FeCl3+Cu=CuCl2+2FeCl2，方程式中a和b的比为2:1；
设完全反应后，生成X的质量为x，则
x=25. 4g
完全反应后，生成X的质量为25.4g。
11. （2022山东省第三届学科素养知识竞赛）高炉炼铁是钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的 95%以上。是钢铁的主要来源之一。部分化学工艺流程如图：
（1）主要化学反应原理是： ________________。（用化学方程式表示）
（2）催化反应室的化学反应方程式为 ________________。
（3）明朝宋应星所著《天工开物》中我国古代炼铁图（如上图）。
①《天工开物》中炼铁的第一步与下图的________________原理相似。
②若原料为磁铁矿，生成“堕子钢”的化学反应方程式为________________。
③以下产物是混合物的是 _______________。（只用写字母即可，下同）
A 铁水 B碳的燃烧产物 C空气 D生铁 E熟铁 F纯铁
（4）提炼铜的方法主要有火法炼铜和湿法炼铜。火法炼铜包括熔炼、吹炼、精炼等工序。湿法炼铜是用硫酸将铜矿中的铜置换出来。提炼铜的方法有 。
A. 精炼 B. 高炉 C. 吹炼 D. 化铜 E. 置换 F. 化合
【答案】（1）
（2）
（3） ①. 铁矿石、焦炭、石灰石同时投入高炉中 ②. ③. BCDE （4）ACE
【解析】
（1）赤铁矿的主要成分为氧化铁，根据题干信息分析可知该流程反应的原理为氧化铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，反应的化学反应方程式为：；
（2）催化室中甲烷与水在催化剂作用下反应生成一氧化碳与氢气，反应的化学反应方程式为：；
（3）①天工开物中第一步是将赤铁矿放入还原反应室中反应，与高炉炼铁中将铁矿石、焦炭、石灰石同时投入高炉中原理相似；
②磁铁矿的主要成分为四氧化三铁，四氧化三铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，反应的化学反应方程式为：；
③A、铁水中只有一种物质铁，属于纯净物；
B、碳完全燃烧生成二氧化碳，不完全燃烧生成一氧化碳，则产物中有CO2与CO，属于混合物；
C、空气中含有氮气、氧气等物质，属于混合物；
D、生铁是铁与碳等物质形成的合金，属于混合物；
E、熟铁是铁与碳等物质形成的合金，属于混合物；
则选BCDE；
（4）火法炼铜中包含熔炼、吹炼、精炼等，湿法炼铜原理为硫酸铜与铁反应生成铜与硫酸亚铁，反应属于置换反应，结合选项信息，A、精炼，C、吹炼、E置换符合题意；
故选ACE。
12．化学兴趣小组同学将锌粒放入硫酸铜溶液中时，发现生成红色固体物质的同时有较多的气泡放出。同学们怀疑硫酸铜溶液不纯，才会有气泡产生，于是决定进行实验探究。
（1）（提出猜想）放出的气体可能是SO2、O2、H2的一种或几种，提出猜想的依据是 。 （2）（查阅资料）SO2易溶于水，化学性质与二氧化碳有相似之处，它能使澄清石灰水变浑浊，生成CaSO3。
（方案设计）依据上述猜想，实验小组同学分别设计了如下方案：
甲同学认为是O2，则检验方法是 。经检验不是O2。
（3）实验小组同学合作设计了如下组合实验方案，排除和验证猜想的气体。
（实验探究）实验开始时，先将收集到的气体从a通入一段时间后，再点燃C处酒精灯；这样操作的目的是 。实验过程中发现A装置中溶液不变浑浊，C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色。
（4）（得出结论）锌粒与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是 。
（5）写出锌粒与硫酸铜溶液反应化学方程式 。
（6）（思维拓展）由上述实验可以推出，硫酸铜溶液中可能含有 。
【答案】（1）质量守恒定律
（2）把带火星的木条伸入试管中，观察现象
（3）将装置内空气排尽，防止加热时发生爆炸
（4）氢气
（5）Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4
（6）硫酸
【解析】（1）提出猜想：放出的气体可能是SO2、O2、H2的一种或几种，提出猜想的依据是质量守恒定律，反应前后元素的种类不变，故填：质量守恒定律；
（2）方案设计：
甲同学认为是O2，氧气能使带火星的木条复燃，则检验方法是把带火星的木条伸入集气瓶中，观察现象，若木条复燃，则是氧气；经检验不是O2，故填：把带火星的木条伸入集气瓶中，观察现象；
（3）实验探究：实验开始时，先将收集到的气体从a通入一段时间后，再点燃C处酒精灯；这样操作的目的是防止气体中含有氢气，加热时发生爆炸；实验过程中发现A装置中溶液不变浑浊，说明气体中不含有二氧化硫，C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，是因为氢气和氧化铜反应生成铜和水，说明气体中含有氢气，故填：将装置内空气排尽，防止加热时发生爆炸；
（4）得出结论：由上述分析可知，锌粒与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是氢气，故填：氢气；
（5）锌粒与硫酸铜反应生成硫酸锌和铜，反应的化学方程式为Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，故填：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu；
（6）思维拓展：由上述实验可以推出，硫酸铜溶液显酸性，其中可能含有酸，故填：硫酸。
13．某化学兴趣小组为探究铝和铜的金属活动性强弱，开展了以下探究活动。
（1）（探究实验）
编号
甲
乙
丙
实验操作
将表面未打磨的铝丝浸入CuSO4溶液中
将表面打磨后的铝丝
浸入CuSO4液中
将表面未打磨的铝丝浸入CuCl2液中
实验现象
无明显现象
铝丝表面析出红色固体
铝丝表面析出红色固体
比较实验乙和实验 （选填“甲”或“丙”）可知：打磨能破坏氧化铝薄膜。
（2）实验乙中发生反应的化学方程式为 ，据此可知金属活动性Al比Cu ；（选填“强”或“弱”）
（3）查阅资料得知：CuSO4溶液中有Cu2+、 SO42? 、H2O三种粒子，CuCl2溶液中有Cu2+、Cl-、H2O三种粒子。
下列是小林同学对实验丙的现象进行的分析，你认为下列猜想合理的是 （填字母）。
A.H2O破坏了氧化铝薄膜
B. Cl-破坏了氧化铝薄膜
C .Cu2+破坏了氧化铝薄膜
D. SO42? 破坏了氧化铝薄膜
（4）（探究实验二）将铝丝和铜丝分别浸人相同质量、相同质量分数的稀硫酸中，铜丝不反应；一段时间后铝丝的表面产生大量气泡，氢气的产生速度与时间的关系如图所示。
铝丝反应过程中试管外壁发烫，说明该反应会 （选填“吸收”或“放出”） 热量。
（5）图中0～a段未产生气体的原因是 ，b点所对应溶液中的溶质有 （填化学式），c～d段产生氢气的速率下降的主要原因是 。
【答案】（1）甲（2）2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu；强（3）B（4）放出
（5）铝表面有氧化铝薄膜，0~a段是稀硫酸和氧化铝发生反应；Al2(SO4)3、H2SO4；稀硫酸被消耗，浓度降低（合理即可）
【解析】（1）甲实验中将表面未打磨的铝丝浸入CuSO4溶液中，无明显现象，乙实验中将表面打磨后的铝丝浸入CuSO4液中，观察到铝丝表面析出红色固体，比较实验甲和乙可知，打磨能破坏氧化铝薄膜，故填甲。
（2）实验乙中发生的反应是铝和硫酸铜反应生成硫酸铝和铜，故反应的的化学方程式写为：2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu；
上述反应中，铝能够将硫酸铜中的铜置换出来形成铜单质，证明铝的活动性比铜强，故填强。
（3）CuSO4溶液中有Cu2+、 SO42? 、H2O三种粒子，CuCl2溶液中有Cu2+、Cl-、H2O三种粒子，实验甲中将表面未打磨的铝丝浸入CuSO4溶液中无明显现象，实验丙中将表面未打磨的铝丝浸入CuCl2液中，铝丝表面析出红色固体，说明Cl-破坏了氧化铝薄膜，故填B。
（4）铝丝与稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气，反应过程中试管外壁发烫，说明该反应会放出热量，故填放出。
（5）图中0～a段未产生气体的原因是铝表面有氧化铝薄膜，0~a段是稀硫酸和氧化铝发生反应，故填铝表面有氧化铝薄膜，0~a段是稀硫酸和氧化铝发生反应；
由图可知，b点是铝与稀硫酸反应构成中的一点，则b点所对应溶液中的溶质有反应生成的硫酸铝和剩余的稀硫酸，其化学式分别为Al2(SO4)3、H2SO4，故填Al2(SO4)3、H2SO4；
c～d段产生氢气的速率下降的主要原因是随着反应的进行，硫酸被消耗，溶液中硫酸的浓度减小，反应速率减慢，故填稀硫酸被消耗，浓度降低。
14．铜是人类使用最早、应用广泛的金属材料。某兴趣小组对铜及其化合物的性质进行了探究。
（1）探究长期放置在空气中的铜表面生锈，生成“铜绿”（化学式：Cu2（OH）2CO3）的原因。
【查阅资料】碱石灰能吸收二氧化碳和水蒸气，氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳。
【设计实验】
序号
a
b
c
d
实验装置
实验现象
铜片不生锈
铜片不生锈
铜片不生锈
铜片生锈
【得出结论】①说明铜生锈需要水的一组实验是 （填实验序号）；
②通过实验证明铜与H2O和 反应产生“铜绿”。
③碱石灰的作用是 。
（2）探究CuO和氢气的反应产物
【查阅资料】氧化亚铜为红色固体，溶于氨水得到蓝色溶液。
【进行实验】实验①，如图1所示实验装置，进行氢气还原氧化铜实验并检验固体产物。
实验②：称取若干份质量均为0.6000g的CuO，在相同条件下分别用氢气还原，其在不同时间（t）所得固体中Cu2O的质量（m）如图2所示。
【实验结论】取实验①反应后的红色固体于烧杯中，加入氨水并搅拌，观察到 ，证明固体产物有Cu2O。
（3）【实验反思】兴趣小组认为，氢气还原氧化铜的反应过程主要为“经历， 两个反应，且在同一条件下两个反应同时进行”。请结合实验结果和计算分析，说明“在同一条件下两个反应能同时进行”合理的依据： 。
（4）探究硫酸铜溶液与铝反应的产物
【进行实验】兴趣小组同学在试管中进行如图3所示的实验，实验中发生反应的化学方程式是： 。
实验过程中，小组同学惊奇的发现试管中铝片表面有气泡生成，并收集了该气体。
【提出问题】生成的气体是什么呢？
【猜想与假设】猜想1：可能是SO2；猜想2：可能是H2；……
【实验探究】甲同学用手轻的在盛有该气体的试管口煸动，使极少量的气体飘进鼻孔，发现该气体无气味，认为猜想1不成立，其原因是 。乙同学在甲同学实验的基础上，接着进一步实验，验证该气体为H2。
（5）【解释和结论】铝片表面生成的少量气泡为H2，硫酸铜溶于水后，会发生如下变化：
①CuSO4在水中解离出Cu2+和SO42?；
②。
铝片和H+会发生如下变化：
【拓展延伸】材料1：硫酸铝溶于水也会发生类似的变化。
材料2：在一定条件下，氢氧化铝具有吸附性，可吸附水里的悬浮杂质。
根据以上信息，请解释硫酸铝也可以用来净水的原因： 。
【答案】（1）a、d；氧气、二氧化碳；防止空气中二氧化碳干扰实验结果
（2）溶液由无色变蓝色
（3）如果反应是分步进行的，设第一步生成氧化亚铜的质量为x2CuO1600.6000g+H2Δ__Cu2O144x+H2O160144=0.6000gxx=0.540g结合图像可知，0.540g≠0.321g，固体最大质量不是0.540g，说明在同一条件下两个反应能同时进行。
（4）2Al+3CuSO4=Al2(SO)3+3Cu；二氧化硫气体是具有刺激性气味的气体，实验发现该气体无气味
（5）硫酸铝在水中解离出铝离子，铝离子和水生成氢氧化铝，氢氧化铝具有吸附性，可吸附水里的悬浮杂质达到净水目的
【解析】（1）得出结论：
①实验a、d中的变量为是否存在水，a中铜不生锈、d中铜生锈，说明铜生锈需要水；
②已知，碱石灰能吸收二氧化碳和水蒸气，氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳。
a中没有水，铜不生锈；b中没有二氧化碳，铜不生锈；c中没有氧气，铜不生锈；d中存在水、氧气、二氧化碳，铜生锈；通过实验证明铜与H2O和氧气、二氧化碳反应产生“铜绿”。
③已知，碱石灰能吸收二氧化碳和水蒸气；碱石灰的作用是吸收空气中二氧化碳，防止空气中二氧化碳干扰实验结果。
（2）实验结论：
已知，氧化亚铜为红色固体，溶于氨水得到蓝色溶液。
取实验①反应后的红色固体于烧杯中，加入氨水并搅拌，观察到溶液由无色变蓝色，证明固体产物有Cu2O。
（3）实验反思：如果反应是分步进行的，设第一步生成氧化亚铜的质量为x
2CuO1600.6000g+H2Δ__Cu2O144x+H2O160144=0.6000gxx=0.540g
结合图像可知，0.540g≠0.321g，故说明在同一条件下两个反应能同时进行。
（4）进行实验：铝和硫酸铜生成铜和硫酸铝，2Al+3CuSO4=Al2(SO)3+3Cu。
实验探究：二氧化硫气体是具有刺激性气味的气体，实验发现该气体无气味，故猜想1不成立。
（5）拓展延伸：由解释和结论结合材料1、2可知；硫酸铝也可以用来净水的原因为：硫酸铝在水中解离出铝离子，铝离子和水生成氢氧化铝，氢氧化铝具有吸附性，可吸附水里的悬浮杂质达到净水目的。
15. （2022江苏盐城市射阳县综合素质能力竞赛）人类的生产和生活都离不开金属。
（一）金属材料的使用作为一个时代的标志，见证了人类文明发展的过程。历史上人类冶炼不同金属的大致年代如图所示：
（1）由图可知人类最早使用的合金是______；通过敲打可将金属材料打制成不同的形状，是利用了金属的______性。
（2）北宋沈括在《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山有苦泉，流以为涧。挹其水熬之则成胆矾 （硫酸铜晶体）。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。下列叙述正确的是______（填序号）
A．“苦泉”的溶质之一——CuSO4
B．“挹其水熬之”——蒸发溶剂
C．“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”——发生置换反应
（3）铝的利用距今100多年，现在铝的年产量得到大幅度的提高。铝虽然较活泼，但抗腐蚀性能好，原因是______（用化学方程式表示）
（二）实验室探究铜的冶炼
已知：H2+CuOCu+H2O。有文献报道：在氢气还原氧化铜的一些实验中，得到的固体产物是铜和氧化亚铜（Cu2O）组成的混合物。氧化亚铜为红色固体，在空气中溶于氨水得到蓝色溶液。某兴趣小组对此开展如下探究。
Ⅰ、设计如图1实验装置，开展氢气还原氧化铜实验并检验固体产物。
（1）图1中制取氢气的化学反应方程式为______。
（2）实验开始时，______（填序号）
A．先向长颈漏斗中加稀硫酸后点酒精灯 B．先点燃酒精灯加热后向长颈漏斗中加稀硫酸
（3）取反应后的红色固体于烧杯中，加入氨水并搅拌，观察到______，证明固体产物有Cu2O。
Ⅱ、探究反应生成Cu2O的变化情况。
称取若干份质量均为0.6000g的CuO，在相同条件下分别用氢气还原不同时间（t），检测所得固体中Cu2O的质量（m），结果如图2。
（4）由图2可知，在氢气还原氧化铜反应过程中，Cu2O质量的变化趋势是______。
（5）为确保氢气还原氧化铜所得固体产物不含Cu2O，应采取的措施是______。
Ⅲ、探究反应生成Cu2O的原因。
为解释实验结果，兴趣小组对氢气还原氧化铜的反应过程提出如下假设：
假设1：经历2CuO+H2∆Cu2O+H2O，H2+Cu2O∆2Cu+H2O两个反应，且在同一条件下两个反应同时进行。
假设2：依次经历CuO+H2∆Cu+H2O、Cu+CuO∆Cu2O、H2+Cu2O∆2Cu+H2O三个反应。
（6）结合探究Ⅱ的结果，通过计算分析，假设1中“在同一条件下两个反应能同时进行”合理的依据是______。（写出合理的推理过程）
（三）用废铜屑生产硫酸铜晶体（CuSO4•5H2O）的流程如下：
（7）“溶解”时发生的化学反应方程式为______。
（8）“洗涤、干燥”过程中常用95%的酒精做洗涤剂，优点是______。
（9）取10g CuSO4·5H2O，其受热脱水过程的热重曲线（剩余固体质量随温度变化的曲线）如下图所示。则晶体CuSO4·3H2O存在的最高温度约为______。
【答案】 ①. 青铜 ②. 延展 ③. ABC ④. 4Al+3O2＝2Al2O3 ⑤. Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ ⑥. A ⑦. 溶液变蓝 ⑧. 先增大后减小 ⑨. 通入足量氢气，加热较长时间 ⑩. 假设0.6000gCuO全部变成Cu2O时，其质量为0.54g，而由图2可知Cu2O的最大质量为0.3218g，所以两个反应同时进行 ⑪. Cu+H2SO4+H2O2=CuSO4+2H2O ⑫. 酒精易挥发，无需加热烘干，可防止结晶水合物受热失去结晶水或有利于晶体快速晾干（合理即可） ⑬. 113℃
【解析】
（一）（1）由图可知人类最早使用的合金是青铜，通过敲打可将金属材料打制成不同的形状，是利用了金属的延展性。故答案为：青铜、延展。
(2 )A、“苦泉”的溶质之是CuSO4 ，故A正确；
B、“挹其水熬之” ——蒸发溶剂，故B正确；
C、“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜” ——发生置换反应，铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，故C正确。
故答案为：ABC。
( 3 )铝的利用距今100多年，现在铝的年产量得到大幅度的提高，铝虽然较活泼，但抗腐蚀性能好，原因是铝能和氧气反应生成致密的氧化铝保护膜，反应的化学方程式是4Al+3O2＝2Al2O3。
（二）（1）图1中制取氢气的反应是锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，反应的化学反应方程式为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 。
（2）实验开始时先向长颈漏斗中加稀硫酸后点酒精灯，利用生成的氢气排净试管内的空气，以免氢气和空气混合受热发生爆炸，故选A。
（3）根据题干信息：氧化亚铜为红色固体，在空气中溶于氨水得到蓝色溶液可知，取反应后的红色固体于烧杯中，加入氨水并搅拌，观察到溶液变蓝，证明固体产物有Cu2O。
（4）由图2可知，在氢气还原氧化铜反应过程中，Cu2O质量的变化趋势是先增大后减小。
（5）从图中可知，过了一段时间后，加热时间越长，Cu2O的质量越小，所以为了所得固体产物不含Cu2O，应采取的措施是：延长加热时间，并通入足量氢气。
（6）根据铜元素守恒假设0.6000gCuO全部变成Cu2O时，生成Cu2O的质量为x， ， ，x= 0.54g，而由图2可知Cu2O的最大质量为0.3218g，说明氧化铜未完全转化为Cu2O时, Cu2O就开始转化为其他物质，所以两个反应同时进行。
（7）根据流程可知，溶解时加入的物质有废铜屑、过量稀H2SO4和H2O2溶液，反应后得到的溶液经一系列操作后得到硫酸铜晶体（CuSO4•5H2O），结合质量守恒定律，可推知反应得到的产物是硫酸铜和水，则 “溶解”时发生的化学反应方程式为：Cu+H2SO4+H2O2=CuSO4+2H2O。
（8）洗涤目的是除去硫酸铜晶体表面残留的杂质，洗涤过程中要尽量减少硫酸铜晶体的溶解，防止硫酸铜晶体失去结晶水，酒精易挥发，无需加热烘干，可防止结晶水合物受热失去结晶水或有利于晶体快速晾干。
（9）10g CuSO4•5H2O中含CuSO4的质量为：，含结晶水的质量为：10g-6.4g=3.6g，则CuSO4•5H2O受热脱水变为CuSO4•3H2O时失去水的质量为，此时晶体的质量为：，即102℃时开始生成CuSO4•3H2O，继续加热至113℃，晶体会继续脱水，CuSO4•3H2O存在的最高温度约为113℃。
16.如图是古代炼铁邮票，它呈现了古代我国金属冶炼技术。画中是生、熟炼铁炉，中部是古代编钟，对图进行判断和推理是化学核心素养中所体现的科学精神。请回答：
（1）编钟一般用青铜铸造，青铜是________合金
（2）从促进燃烧的角度看，两人推动风箱，目的是__________；
（3）从泥炉中流淌出的“堕子钢”，实际是现代所指的_______(填：A.纯铁；B.钢；C.生铁)；一人向另一方炉中撒入石灰石粉末，目的是_______________________；
（4）古代用碳和赤铁矿直接充分反应，方程式为______________________，铁元素的化合价的变化是______________。
【答案】铜锡（为炉膛）提供足够多的氧气（或增加氧气的量，但答增加氧气的浓度不给分）；C（生铁）；除去炉渣（造渣）3C+2Fe2O3高温 4Fe＋3CO2↑ ；由＋3价变为0价
【解析】
（1）编钟一般用青铜铸造，青铜是铜锡合金；
（2）促进燃烧的方法有：增大可燃物与氧气的接触面积，提高氧气的浓度口从促进燃烧的角度看，两人推动风箱，目的是提供足够多的氧气，增大可燃物与氧气的接触面积口
（3）从泥炉中流淌出的“堕子钢”，实际是现代所指的生铁；炼铁时，向炉中撒入石灰石粉末，目的是和炼铁时可能产生的二氧化硫反应生成硫酸钙（炉渣），防止污染空气
（4）赤铁矿的主要成分是氧化铁，古代用碳和赤铁矿炼铁时，碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，反应方程式为3C+2Fe2O3高温 4Fe＋3CO2↑，化合物中元素的化合价代数和为零，单质中元素的化合价为零，铁元素的化合价的变化是由＋3价变为0价
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