Question

材料1：人類要在月球生活居住，首先離不開淡水和氧氣，而月球上既沒有水又沒有空氣．科學家發現月球的沙土中含有豐富的含氧鈦鐵礦，成分為TiO₂、Fe₂O₃的混合物，將這些礦石利用CO來還原提煉單質鈦和鐵，若用氫氣還原，可以得到淡水．將這些礦石通電，還可以從中分離出氧氣．
材料2：鈦與多數金屬一樣不能被磁性材料吸引．
（1）月球土壤中存在天然的鐵、金（Au）、銀等多種金屬礦物顆粒．若從鐵、金、銀混合金屬中回收某些金屬，將混合金屬放入足量的鹽酸中充分反應，然后過濾，剩余的固體中的金屬是______．
（2）下列實驗證明了鐵在潮濕的空氣里會發生銹蝕，證明氧氣一定參加了反應必須要做的實驗是______（填序號）．從鐵生銹條件來分析，月球上鐵制品______（填“易”或“不易”）生銹，原因是：______．
（3）現利用CO來還原TiO₂、Fe₂O₃的混合物提煉單質鈦（Ti）和鐵，裝置如圖所示．

試回答：
①寫出CO還原鈦鐵礦生成鈦的發生反應化學方程式______ Ti+2CO₂

Answer 1

【答案】分析：（1）由金屬活動性順序可知：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au，則可得知：Fe＞Pb＞（H）＞Ag＞Au；故可知不與稀鹽酸反應的金屬．
（2）從鐵生銹條件來分析：鐵的生銹需要水分、氧氣（或空氣）；
（3）①利用“類比、遷移”的方法：一氧化碳與TiO₂、Fe₂O₃分別反應，生成單質鈦和鐵；
②用CO還原鈦鐵礦，生成鈦和鐵的混合物，用簡單的物理方法將兩種物質分開：考慮磁鐵吸鐵性質；
③此題主要考慮：一氧化碳的毒性，對環境的污染性；一氧化碳的可燃性，如果不純，點燃可能會爆炸．
解答：解：（1）由金屬活動性順序可知，題目中鐵、金Au、銀、鉛Pb的活動性為：Fe＞Pb＞（H）＞Ag＞Au；故從鐵、金Au、銀、鉛Pb混合金屬中回收某些金屬，將混合金屬放入足量的鹽酸中充分反應，然后過濾，剩余的固體中可能回收得到的金屬組合是Ag、Au；
（2）鐵生銹的條件是與水和氧氣直接接觸，要想證明鐵生銹時，氧氣一定參加了反應，就要進行鐵在氧氣和水共同作用下的反應實驗和鐵在只有水，沒有氧氣下的實驗．實驗①是鐵在氧氣和水共同作用下的反應，實驗②是鐵只與水接觸的反應，實驗③是鐵只與氧氣接觸的反應．要想證明鐵生銹時，氧氣一定參加了反應，就要進行鐵在氧氣和水共同作用下的反應實驗和鐵在只有水，沒有氧氣下的實驗．所以①②．
因為月球上無氧氣和水，所以從鐵生銹條件來分析，月球上鐵制品不易生銹；
（3）①由題意“利用CO來還原TiO₂、Fe₂O₃的混合物提煉單質鈦和鐵”，可知反應物、生成物、反應條件，故化學方程式分別為：2CO+TiO₂Ti+2CO₂；
②用CO還原鈦鐵礦，生成鈦和鐵的混合物，主用簡單的物理方法將兩種物質分開：用磁鐵吸引鐵粉；
③此題主要考慮：一氧化碳的毒性，對環境的污染性；一氧化碳的可燃性，如果不純，點燃可能會爆炸．故小亮認為這樣做不好，他的理由CO有劇毒，對空氣有污染；小亮認為先點燃C和A中的酒精燈，然后再通CO，小月又提出反對，她的理由是CO與容器內空氣混合，點燃后可能會發生爆炸；正確的方法是：先通一段時間氮氣，排盡玻璃管內空氣，然后再點燃酒精燈．
故答案為：（1）金、銀； （2）①②；不易；   月球上既沒有水又沒有氧氣；
（3）①2CO+TiO₂Ti+2CO₂； ②用磁鐵吸引；   ③CO擴散到空氣中造成污染；    CO與儀器中的空氣混合受熱引起爆炸； 先通氮氣排盡裝置內空氣后，點燃C處的酒精燈，再通CO，再點燃A處酒精燈（A處酒精燈也可安排在通氮氣后，通CO前點燃）；
點評：由于一氧化碳既具有可燃性能與空氣混合時點燃可能出現爆炸且有毒直接排放會造成污染，在使用一氧化碳氣體時，要充分注意到這兩個方面．