Question

【題目】美國計劃2020年再次登陸月球，并在月球上建立永久性基地，為人類登陸新的行星做好前期準備。為了解決基地人員的供氧問題，科學家設想利用月球富氧巖石制取氧氣。其提氧原理是用氫氣還原富氧巖石獲取水，再利用太陽能電池電解水得到氫氣和氧氣。

玄武巖（含鈦鐵礦）是月球的主要巖石之一，其質地堅硬，鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵（）。用上述提氧原理，理論上，從1 kg 中可獲取105.3g 。

(1)寫出與反應的化學方程式：______________________________________________。

(2)研究表明，月球上平均直徑為40微米的小圓珠形成的堆積物（富含）是最適合提氧的礦物。這種堆積物作為提氧原料的優點是____________________________________________________________。

(3)研究人員查閱文獻后，得知鈦鐵礦在高溫下還能被炭粉還原：，通過植物的光合作用可獲得，化光學方程式為（葡萄糖）。他們設計了兩套實驗裝置來測定鈦鐵礦中可提取氧的質量分數。

研究人員用圖1裝置從鈦鐵礦中提取氧，實驗中得出的可提取氧的質量分數大于理論值，產生這種情況的原因可能是______________________；用圖2裝置進行實驗的過程中，稱得反應前鈦鐵礦的質量為，炭粉的質量為，鈦鐵礦完全反應后，測得生成的質量為，則鈦鐵礦中可提取氧的質量分數為________________。

(4)在鈦鐵礦提氧過程中科學家們常選用而不用其他還原劑，其主要原因是______________________。

Answer 1

【答案】 無需進行巖石破碎工作、可提取氧的質量分數大 未經干燥、U形管中堿石灰吸收了空氣中的水分 的氧化產物水無污染，電解水產生的能夠循環利用

【解析】

鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵（）與氫氣發生氧化還原反應得到水，再電解水得到氧氣，根據得失電子守恒，推知中鐵元素化合價降低；

(1)的物質的量為6.58 mol，105.3g 中含O的物質的量為6.58 mol，故結合提氧原理可知生成的物質的量也為6.58 mol，與的物質的量之比為，據此可確定反應的化學方程式。

（2）無需進行巖石破碎工作、可提取氧的質量分數大，故平均直徑為40微米的小圓珠形成的堆積物（富含）是最適合提氧的礦物。

(3)圖1中測得的可提取氧的質量分數大于理論值，則可能是通入的未經干燥、U形管中的堿石灰吸收了空氣中的水蒸氣；因為圖2中生成的質量為 ，故經光合作用可獲得的的質量為，所以鈦鐵礦中可提取氧的質量分數為。

（4）作還原劑的優點為：的氧化產物水無污染，電解水產生的能夠循環利用。