Question

金屬是現代生活和工業生產中應用極為普遍的一類材料．
（1）已知在相同的條件下，金屬的活動性越強，金屬和酸反應產生氣泡（氫氣）的速度就越快．Al、Cu、Fe三種金屬在稀鹽酸里的反應現象如右圖所示．
①右圖中Y所代表的金屬是

 

（填“Cu”或“Fe”）；
②Al、Cu、Fe三種金屬的活動性由強到弱的順序為

 

；
③鋁是一種活潑金屬，但常溫下鋁卻有較強的抗腐蝕性，其原因是

 

；
（2）金屬的開發和利用是人類文明和社會進步的標志．
①我國古代將爐甘石（ZnCO₃）、赤銅礦（Cu₂O）和木炭粉混合加熱至800℃左右，即可得到與黃金外觀相似的“藥金”．
I．用上述方法不能制得真正的黃金（Au）是因為

 

；
II．“藥金”是

 

（填“純金屬”或“合金”）；
②鈦因常溫下不與酸、堿反應等優良的性能，被譽為“未來金屬”．由釩鈦磁鐵礦提取金屬鈦的主要工藝過程如下：

在高溫下與足量Mg反應置換生成金屬Ti，該反應的化學方程式為：

 

．
上述生產過程中得到的金屬鈦中混有少量金屬雜質，可加入

 

除去．
（3）已知某金屬粉末中除含有Al外還含有一定量的Fe和Cu，為證明Fe和Cu的存在并測定其中Al的質量分數，某化學興趣小組的同學展開了如下的實驗探究．
資料在線：Al與氫氧化鈉溶液反應生成溶于水的偏鋁酸鈉和氫氣（反應的化學方程式為：2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑），Fe和Cu不與氫氧化鈉溶液反應．
①請完成證明金屬粉末中存在Fe和Cu的實驗設計：

實驗操作	實驗現象	結論
Ⅰ取少量的金屬粉末于試管中，加入足量的   （填試劑名稱）．	．	僅除去鋁
Ⅱ將試管靜置，棄去上層清液，加入足量的稀硫酸．	．	證明含有鐵
Ⅲ將試管靜置，棄去上層清液，多次洗滌剩余固體	剩余固體呈紫紅色	證明含有銅

②為探究該金屬粉末中Al的質量分數，取20 g該金屬粉末，把100 g氫氧化鈉溶液平均分成5份依次加入，充分反應后，過濾出固體，將其洗滌、干燥、稱量．實驗過程中得到的部分數據與圖象如下：

加NaOH溶液的次數	第一次	第二次	第三次	…
剩余固體的質量/g	16.5	n	9.5	…

Ⅰ．分析以上數據可知，上表中n的值為

 

；
Ⅱ．該金屬粉末中Al的質量分數為

 

%
Ⅲ．列式計算：所用氫氧化鈉溶液的溶質質量分數為多少？

Answer 1

分析：（1）由圖示和金屬活動性順序可得；
（2）利用質量守恒定律中元素種類不變可以確定；
（3）由題中所給資料結合已了解的鐵和銅的性質解答①題，②中前三次反應中每一次固體減少質量應該相同，由此求出n的值，再通過表中數據和圖示分析得出金屬粉末中剩余6克不是金屬鋁，其余14克是金屬鋁的質量，進而求出金屬粉末中鋁的質量分數，然后根據方程式計算出氫氧化鈉和水的質量，即可求出溶質的質量分數．

解答：解：（1）由圖中Y表面沒有氣泡可得Y為金屬銅；由實驗現象可知三種金屬的活動性由強到弱的順序為Al、Fe、Cu
故填：①Cu，②Al＞Fe＞Cu，③常溫下鋁和空氣中的氧氣反應，產生一層致密的氧化鋁薄膜（或氧化膜）
（2）①由質量守恒定律可知原反應物中無金元素，所以生成物種中不會有金元素，這種方法不能真正得到黃金；得到的藥金應為鋅-銅合金．
②在高溫下TiCl₄與足量Mg反應置換生成金屬Ti，該反應的化學方程式為：TiCl₄+2Mg

高溫  .

Ti+2MgCl₂．
上述生產過程中得到的金屬鈦中混有的少量金屬雜質為鐵和鎂，所以可加入稀鹽酸或稀硫酸除去．
故填：①反應物中不含有金元素，合金
②TiCl₄+2Mg

高溫  .

Ti+2MgCl₂，稀硫酸（或鹽酸）
（3）①由題中信息可知第一步除去鋁時加入的溶液是氫氧化鈉溶液，現象是有氣泡產生；第二步加入稀硫酸后有鐵存在說明現象為有氣泡產生．
②Ⅰ．由圖示分析可知該金屬粉末與80g氫氧化鈉溶液恰好完全反應，也就是說前四次反應固體減少是的質量應該相等，所以n=13g．
Ⅱ．該金屬粉末中Al的質量分數為

20g-6g

20g

×100%=70%．
Ⅲ．由圖示可知14g鋁與80g氫氧化鈉溶液恰好完全反應，
設氫氧化鈉溶液中溶質質量分數為x
2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑
54        80
（20-6）g 80xg
54：80=14g：80xg
解得x=25.9%
答：氫氧化鈉溶液中溶質質量分數為25.9%
故答案為：①氫氧化鈉溶液，有氣泡產生，有氣泡產生；
②13，70，25.9%

點評：本題除了考查金屬的性質和活動性順序，還多方面開放性的考查靈活運用知識的能力．