11. 某化学小组围绕“金属的冶炼”开展主题学习。
Ⅰ.工业炼铁。
(1) 高炉炼铁的原料在投入高炉前先粉碎处理，其目的是
增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分
。
Ⅱ.实验室模拟工业炼铁。
已知：草酸钠固体(化学式为$\ce{Na_{2}C_{2}O_{4}}$)加热分解生成碳酸钠和一氧化碳，化学小组利用此反应制备一氧化碳，并用一氧化碳还原氧化铁。他们设计的实验装置如图所示。
(2) 写出该实验中制备一氧化碳的化学方程式：
$\ce{Na_{2}C_{2}O_{4}\xlongequal{\Delta}Na_{2}CO_{3} + CO\uparrow}$
。
(3) L形硬质玻璃管中的现象是
红棕色粉末变黑
。
(4) 装置 A 中酒精灯上铁丝网罩的作用是
集中火焰，获得高温
。
Ⅲ.工业炼钛。
某化工企业生产流程示意图如图所示。
(5) 标出钛酸亚铁中 Ti 元素的化合价：
$\ce{Fe\overset{+4}{Ti}O_{3}}$
。
(6) 反应②的化学方程式为
$\ce{2Mg + TiCl_{4}\xlongequal[Ar]{800\ °C}Ti + 2MgCl_{2}}$
(氩气作保护气)。
(7) 反应③中要使原料全部转化为甲醇，理论上$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$投料的质量比为
7:1
。
答案：(1) 增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分
(2) $\ce{Na_{2}C_{2}O_{4}\xlongequal{\Delta}Na_{2}CO_{3} + CO\uparrow}$
(3) 红棕色粉末变黑
(4) 集中火焰，获得高温
(5) $\ce{Fe\overset{+4}{Ti}O_{3}}$
(6) $\ce{2Mg + TiCl_{4}\xlongequal[Ar]{800\ °C}Ti + 2MgCl_{2}}$
(7) $7:1$
解析:(7) 反应③中要使原料全部转化为甲醇,即氢气和一氧化碳恰好完全反应生成甲醇,化学方程式为$\ce{2H_{2} + CO\xlongequal{一定条件}CH_{4}O}$,则一氧化碳和氢气投料的质量比是$28:4=7:1$。
解析：
【分析】
本题围绕金属冶炼主题展开，各小问解题思路如下：
1. 高炉炼铁原料粉碎的目的，需从影响反应速率的因素（接触面积）分析，粉碎可增大反应物接触面积，加快反应速率并使反应更充分；
2. 制备一氧化碳的化学方程式，根据题目给出的反应物（草酸钠）、生成物（碳酸钠、一氧化碳）及反应条件（加热），结合质量守恒定律配平即可；
3. L形管中是一氧化碳还原氧化铁，需回忆氧化铁和铁的颜色，氧化铁为红棕色，铁粉为黑色，由此确定现象；
4. 酒精灯加铁丝网罩的作用，是为了集中火焰，提高温度，满足炼铁所需的高温条件；
5. 钛酸亚铁中Ti的化合价，需根据化合物中正负化合价代数和为0的原则，结合已知元素（Fe为+2价，O为-2价）计算Ti的化合价，再标注在Ti元素符号正上方；
6. 反应②是镁置换四氯化钛中的钛，根据题目给出的反应物、生成物及反应条件（氩气保护、800℃）书写并配平化学方程式；
7. 反应③生成甲醇，需先写出反应的化学方程式，再计算一氧化碳和氢气的质量比，注意化学计量数对应的相对分子质量总和。
【解析】
(1) 高炉炼铁原料粉碎后，能增大反应物的接触面积，从而加快反应速率，使反应更充分，故答案为：增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分；
(2) 草酸钠固体加热分解生成碳酸钠和一氧化碳，化学方程式为：$\ce{Na_{2}C_{2}O_{4}\xlongequal{\Delta}Na_{2}CO_{3} + CO\uparrow}$；
(3) 一氧化碳在高温下还原红棕色的氧化铁，生成黑色的铁粉，故L形硬质玻璃管中的现象是：红棕色粉末变黑；
(4) 酒精灯火焰加铁丝网罩可以集中火焰，提高火焰温度，满足炼铁所需的高温条件，故答案为：集中火焰，获得高温；
(5) 钛酸亚铁的化学式为$\ce{FeTiO_{3}}$，设Ti元素的化合价为$x$，根据化合物中正负化合价代数和为0：$(+2) + x + 3×(-2) = 0$，解得$x=+4$，故标注为：$\ce{Fe\overset{+4}{Ti}O_{3}}$；
(6) 反应②是镁和四氯化钛在氩气保护、800℃条件下反应生成钛和氯化镁，化学方程式为：$\ce{2Mg + TiCl_{4}\xlongequal[Ar]{800\ °C}Ti + 2MgCl_{2}}$；
(7) 反应③中一氧化碳和氢气生成甲醇（$\ce{CH_{4}O}$），化学方程式为：$\ce{2H_{2} + CO\xlongequal{一定条件}CH_{4}O}$，则$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$的质量比为$28:(2×2)=28:4=7:1$。
【答案】
(1) 增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分
(2) $\ce{Na_{2}C_{2}O_{4}\xlongequal{\Delta}Na_{2}CO_{3} + CO\uparrow}$
(3) 红棕色粉末变黑
(4) 集中火焰，获得高温
(5) $\ce{Fe\overset{+4}{Ti}O_{3}}$
(6) $\ce{2Mg + TiCl_{4}\xlongequal[Ar]{800\ °C}Ti + 2MgCl_{2}}$
(7) $7:1$
【知识点】
金属的冶炼、化学方程式书写、化合价计算
【点评】
本题围绕金属冶炼主题，涵盖工业炼铁、实验室炼铁、工业炼钛的核心知识点，考查基础概念理解、化学方程式书写、化合价应用及根据化学方程式的质量计算，题目设置贴合教材重点，注重基础应用，适合巩固金属冶炼相关知识，难度适中。
【难度系数】
0.7
12. 新素养 科学探究与实践 （2026·江苏泰州月考）某兴趣小组对“一氧化碳还原氧化铁”实验进行拓展研究。
【查阅资料】
① 加热$\ce{MgCO_{3}}$和$\ce{Zn}$的混合物，产生三种氧化物。
② 氯化亚铜溶液吸收$\ce{CO}$会产生红色固体：$\ce{2CuCl + 2CO + 2H_{2}O\xlongequal{\;\;}Cu_{2}Cl_{2}(CO)_{2}· 2H_{2}O\downarrow}$，氨水能加速反应。
【设计方案】根据上述资料设计如图实验装置。
【实验步骤】
(1) 装配好实验装置后，先要
检查装置的气密性
，再装入药品。
(2) 实验前，打开活塞，通入适量氮气的目的是
排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
。
(3) 关闭活塞，点燃酒精灯和酒精喷灯。
(4) 观察实验现象，A、B、C、D处都有明显现象。
(5) 熄灭酒精灯和酒精喷灯。
【实验分析】
(1) 写出A处反应的化学方程式：
$\ce{MgCO_{3} + Zn\xlongequal{\Delta}MgO + CO\uparrow + ZnO}$
。
(2) 下列关于该实验说法正确的是
ad
(填字母)。
a. B处固体质量减小
b. D处现象证明A、B处发生了反应
c. E处应放置一只燃着的酒精灯
d. 实验结束后应继续通氮气至玻璃管冷却
(3) 已知A处参加反应的$\ce{MgCO_{3}}$质量为3.36 g，C处白色沉淀的质量为2 g，从环保角度考虑D处$\ce{CuCl}$的质量至少需要
1.99
g。
答案：【实验步骤】(1) 检查装置的气密性 (2) 排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸 【实验分析】
(1) $\ce{MgCO_{3} + Zn\xlongequal{\Delta}MgO + CO\uparrow + ZnO}$
(2) ad (3) 1.99
解析:【实验分析】(2) B处氧化铁被还原成铁,氧元素与一氧化碳结合生成二氧化碳气体,固体质量减小,故a正确;D处反应是一氧化碳与氯化亚铜溶液反应,而一氧化碳是A处反应生成的,与B处无关,不能证明B处发生了反应,故b错误;D处氯化亚铜的氨水溶液吸收一氧化碳,不需要在E处进行尾气处理,故c错误;实验结束后应继续通氮气至玻璃管冷却,防止生成的铁被氧气重新氧化,同时防止液体倒吸,故d正确。(3) 已知A处参加反应的$\ce{MgCO_{3}}$质量为3.36 g,$\ce{MgCO_{3}}$中所含碳元素的质量为$3.36\ \mathrm{g}×\dfrac{12}{84}×100\%=0.48\ \mathrm{g}$;C处白色沉淀是碳酸钙,质量为2 g,碳酸钙中所含碳元素的质量为$2\ \mathrm{g}×\dfrac{12}{100}×100\%=0.24\ \mathrm{g}$,进入D处的一氧化碳中所含碳元素的质量为$0.48\ \mathrm{g}-0.24\ \mathrm{g}=0.24\ \mathrm{g}$,则进入D处的一氧化碳的质量为$0.24\ \mathrm{g}÷(\dfrac{12}{28}×100\%)=0.56\ \mathrm{g}$;设D处$\ce{CuCl}$的质量至少需要$x$。
$\ce{2CuCl + 2CO + 2H_{2}O\xlongequal{\;\;}Cu_{2}Cl_{2}(CO)_{2}· 2H_{2}O\downarrow}$
$199\ \ \ \ \ \ \ 56$
$x\ \ \ \ \ \ \ \ \ 0.56\ \mathrm{g}$
$\dfrac{199}{56}=\dfrac{x}{0.56\ \mathrm{g}}\ \ \ \ x=1.99\ \mathrm{g}$
D处$\ce{CuCl}$的质量至少需要1.99 g。
解析：
【分析】
本题为实验探究综合题，需结合实验基本操作、反应原理及定量计算分析。首先，气体实验装配后需先检查气密性；通入氮气是为排尽空气防止爆炸；A处反应根据资料和元素守恒确定产物并配平；选项分析需结合各装置作用判断；计算时利用碳元素守恒，结合反应方程式逐步推导。
【解析】
【实验步骤】
(1) 有气体参与的实验，装配后需先检查装置气密性，避免漏气影响实验结果。
(2) 装置内原有空气，加热时若生成的CO与空气混合易爆炸，通入氮气可排尽装置内空气，防止加热时发生爆炸。
【实验分析】
(1) 根据资料，$\ce{MgCO_{3}}$和$\ce{Zn}$加热生成三种氧化物，结合元素守恒，产物为$\ce{MgO}$、$\ce{CO}$、$\ce{ZnO}$，配平得：$\ce{MgCO_{3} + Zn\xlongequal{\Delta}MgO + CO\uparrow + ZnO}$。
(2) 选项分析：
a. B处$\ce{Fe_{2}O_{3}}$被CO还原为Fe，反应后固体质量减小，正确；
b. D处反应是吸收CO，A处已生成CO，无法证明B处发生反应，错误；
c. D处足量氯化亚铜氨水溶液已吸收CO，E处无需尾气处理，错误；
d. 实验结束后继续通氮气，可防止生成的Fe被氧化，同时防止液体倒吸，正确；故选ad。
(3) 计算：
A处$\ce{MgCO_{3}}$中碳元素质量：$3.36\ \mathrm{g}×\dfrac{12}{84}=0.48\ \mathrm{g}$；
C处碳酸钙中碳元素质量：$2\ \mathrm{g}×\dfrac{12}{100}=0.24\ \mathrm{g}$；
生成CO中碳元素质量：$0.48\ \mathrm{g}-0.24\ \mathrm{g}=0.24\ \mathrm{g}$；
CO的质量：$0.24\ \mathrm{g}÷\dfrac{12}{28}=0.56\ \mathrm{g}$；
设需要$\ce{CuCl}$的质量为$x$，根据反应$\ce{2CuCl + 2CO + 2H_{2}O\xlongequal{}Cu_{2}Cl_{2}(CO)_{2}· 2H_{2}O\downarrow}$，$\dfrac{199}{56}=\dfrac{x}{0.56\ \mathrm{g}}$，解得$x=1.99\ \mathrm{g}$。
【答案】
【实验步骤】(1) 检查装置的气密性；(2) 排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸；【实验分析】(1) $\ce{MgCO_{3} + Zn\xlongequal{\Delta}MgO + CO\uparrow + ZnO}$；(2) ad；(3) 1.99
【知识点】
化学实验基本操作，化学方程式书写，根据化学方程式计算
【点评】
本题结合物质制备、性质验证与定量计算，考查实验操作规范、反应原理理解及守恒法应用，需理清各装置作用，综合性较强。
【难度系数】
0.5
