6.(教材P188T3改编)回收利用废金属是解决废金属造成资源浪费和不同程度的环境污染的方法之一。某市一家大型化工厂处理回收含铜废料的生产流程与部分操作如图所示。回答下列问题。
(注:①步骤Ⅰ得到的残留物不溶于水和稀硫酸;② $\ce{CuO + H_{2}SO_{4}\xlongequal{\;\;}CuSO_{4} + H_{2}O}$)
(1)写出步骤Ⅰ发生反应的化学方程式:
。
(2)流程图中操作①的名称是
,该操作中玻璃棒的作用是
。
(3)写出步骤Ⅲ的一个反应的化学方程式:
。
(4)通常在步骤Ⅲ中加入略过量的铁屑,原因是
。
答案：6. (1) $\ce{2Cu + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2CuO}$
(2) 过滤 引流
(3) $\ce{Fe + CuSO_{4} = Cu + FeSO_{4}}$(或$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = H_{2}\uparrow + FeSO_{4}}$)
(4) 将硫酸铜全部转化为硫酸亚铁
解析：
【分析】
要解决这道题，需结合含铜废料回收的流程逐步分析：步骤Ⅰ中铜废料灼烧，铜与氧气反应生成氧化铜；步骤Ⅱ中氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸铜，操作①是分离溶液和不溶物的过滤操作；步骤Ⅲ中加入铁屑，铁会与硫酸铜（及过量稀硫酸）发生置换反应。需根据金属的化学性质、实验操作的名称和作用解答各问题。
【解析】
(1) 步骤Ⅰ中，铜在加热条件下与氧气反应生成氧化铜，化学方程式为$\ce{2Cu + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2CuO}$；
(2) 操作①是将蓝色溶液与不溶性固体分离，该操作是过滤；过滤时玻璃棒的作用是引流，防止液体外洒；
(3) 步骤Ⅲ中，铁的金属活动性比铜强，能与硫酸铜发生置换反应，生成硫酸亚铁和铜，化学方程式为$\ce{Fe + CuSO_{4} = Cu + FeSO_{4}}$；若步骤Ⅱ中稀硫酸过量，铁还会与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，方程式为$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}\uparrow}$，任选其一即可；
(4) 加入略过量的铁屑，是为了确保溶液中的硫酸铜完全反应，将硫酸铜全部转化为铜，提高铜的回收率。
【答案】
(1) $\ce{2Cu + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2CuO}$；
(2) 过滤；引流；
(3) $\ce{Fe + CuSO_{4} = Cu + FeSO_{4}}$（或$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}\uparrow}$）；
(4) 将硫酸铜全部转化为铜（或使硫酸铜完全反应，提高铜的产率）。
【知识点】
金属的化学性质；过滤操作；化学方程式书写
【点评】
本题结合实际回收流程，考查金属的化学性质和实验基本操作，难度不大，需掌握金属活动性顺序的应用和过滤操作的要点。
【难度系数】
0.5
7. 新素养 科学探究与实践 “有一种
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速度叫中国速度，有一种骄傲叫中国高铁”。高铁建设过程中用到了大量的铁合金和铝合金。铝耐腐蚀，但是铁易生锈，某兴趣小组对高铁建设过程中铁的锈蚀进行了探究。
任务一：了解高铁建设中用到的金属材料。
(1)铁合金包括生铁和钢，生铁和钢的主要区别是
含碳量不同
。
(2)铝制品耐腐蚀的原因是
铝能与氧气反应生成一层致密的氧化铝保护膜
。
任务二：定性探究影响铁锈蚀的因素。
取五枚大小相同的洁净无锈铁钉分别放入试管中，进行图1所示实验。
一段时间后，A、D、E中铁钉生锈，B、C中铁钉无明显锈蚀。
【得出结论】
(3)对比试管A、B、C中的现象，说明铁锈蚀是铁与
氧气、水
共同作用的过程。
(4)试管D、E中铁钉比试管A中铁钉锈蚀程度严重，通过对比，说明
盐酸、氯化钠能加快铁的锈蚀
。
任务三：定量探究影响铁锈蚀的因素。
小组设计了图2装置，检查气密性后，将5 g铁粉和2 g炭粉加入三颈烧瓶，$t_1$时刻加入2 mL饱和$\ce{NaCl}$溶液后，再将一只装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据(已知：炭粉可加快铁锈蚀，炭粉与盐酸不反应)。
(5)根据图3，$t_2 ∼ t_3$这段时间反应并未停止但温度却开始降低，原因是
单位时间内放热比散热少
。
(6)根据图2、图4分析，$t_3$时刻后压强突然增大，是因为进行了什么操作？
把稀盐酸注入瓶中
。
答案：7. (1) 含碳量不同
(2) 铝能与氧气反应生成一层致密的氧化铝保护膜
(3) 氧气、水
(4) 盐酸、氯化钠能加快铁的锈蚀
(5) 单位时间内放热比散热少
(6) 把稀盐酸注入瓶中
解析:(1) 铁合金包括生铁和钢,生铁和钢的主要区别是含碳量不同。(2) 铝制品耐腐蚀的原因是铝能与氧气反应生成一层致密的氧化铝保护膜。(3) 对比试管A(铁与水和氧气同时接触,生锈)、B(铁与氧气隔绝,不能生锈)、C(铁与水隔绝,不能生锈)中的现象,说明铁锈蚀是铁与氧气、水共同作用的过程。(4) 试管D中含有氯化钠,试管E中含有盐酸,试管D、E中铁钉比试管A中铁钉锈蚀程度严重,通过试管A、D、E中现象对比,可说明氯化钠和盐酸都能加快铁的锈蚀。(5) 根据题图3,$t_2～t_3$这段时间反应并未停止但温度却开始降低,原因是单位时间内放热比散热少。(6) 根据题图2、题图4分析,$t_3$时刻后压强突然增大,是因为把稀盐酸注入三颈烧瓶中,稀盐酸与铁反应生成氯化亚铁和氢气,同时稀盐酸占据一定体积。
解析：
【分析】
本题围绕高铁建设中的金属材料与铁锈蚀探究展开，需结合金属的性质、控制变量法分析实验现象：(1)生铁和钢是铁合金，核心区别为含碳量，回忆该基础知识点即可解答；(2)铝耐腐蚀是因为表面生成致密保护膜，属于金属化学性质；(3)通过控制变量法对比A、B、C试管，变量分别为水、氧气，结合生锈情况得出铁锈蚀的条件；(4)对比A、D、E试管，变量为是否含氯化钠、盐酸，结合锈蚀程度得出影响因素；(5)温度变化由反应放热与散热速率决定，反应未停但温度降低说明放热速率小于散热速率；(6)压强增大结合操作，注入稀盐酸后与铁反应生成氢气，同时占据体积，导致压强骤增。
【解析】
(1) 生铁和钢均为铁合金，二者的主要区别是含碳量不同，生铁含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%；
(2) 铝的化学性质活泼，常温下能与空气中的氧气反应，生成一层致密的氧化铝保护膜，阻止内部铝进一步被氧化，因此铝制品耐腐蚀；
(3) 试管A中铁钉同时接触水和氧气，生锈；试管B中铁钉只接触氧气，无水，不生锈；试管C中铁钉只接触水，无氧气，不生锈，对比可知铁锈蚀是铁与氧气、水共同作用的过程；
(4) 试管D中加入氯化钠，试管E中加入盐酸，二者中铁钉锈蚀程度均比试管A严重，对比说明盐酸、氯化钠能加快铁的锈蚀；
(5) 反应过程中放热，温度变化取决于单位时间内放出的热量与散失的热量的相对大小，t₂~t₃时反应未停止但温度降低，原因是单位时间内放热比散热少；
(6) t₃时刻后压强突然增大，是因为将稀盐酸注入瓶中，稀盐酸与铁反应生成氯化亚铁和氢气，同时稀盐酸占据一定体积，导致瓶内压强突然增大。
【答案】
(1) 含碳量不同
(2) 铝能与氧气反应生成一层致密的氧化铝保护膜
(3) 氧气、水
(4) 盐酸、氯化钠能加快铁的锈蚀
(5) 单位时间内放热比散热少
(6) 把稀盐酸注入瓶中
【知识点】
金属的化学性质、铁锈蚀的条件、影响铁锈蚀的因素
【点评】
本题以高铁建设为真实情境，将金属材料、铁锈蚀的探究与实际应用结合，既考查初中化学核心基础知识点，又突出科学探究与实践能力的考查，符合新素养的命题要求。
【难度系数】
0.6
