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15. (5分)小娟想测定Cu-Zn合金和Cu-Ag合金中铜的质量分数，实验室只提供了一瓶稀盐酸和必要的仪器。
(1)你认为她能测出铜的质量分数的合金是合金。
(2)小娟取该合金的粉末32.5 g，与足量稀盐酸充分反应后，经测定产生了0.4 g气体，请你帮助她计算出该合金中铜的质量分数。(写出计算过程)
(1)你认为她能测出铜的质量分数的合金是合金。
(2)小娟取该合金的粉末32.5 g，与足量稀盐酸充分反应后，经测定产生了0.4 g气体，请你帮助她计算出该合金中铜的质量分数。(写出计算过程)
答案
解：
(1) $\boldsymbol{Cu-Zn}$
(2) 设32.5 g该合金中锌的质量为$x$。
$\ce{Zn + 2HCl = ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$\begin{aligned}65\phantom{\qquad\qquad\qquad} &\quad 2 \\x\phantom{\qquad\qquad\qquad} &\quad 0.4\ \mathrm{g}\end{aligned}$
$\dfrac{65}{2}=\dfrac{x}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得：$x=13\ \mathrm{g}$
该合金中铜的质量分数为：$\dfrac{32.5\ \mathrm{g} - 13\ \mathrm{g}}{32.5\ \mathrm{g}} × 100\% = 60\%$
答：该合金中铜的质量分数为60%。
(1) $\boldsymbol{Cu-Zn}$
(2) 设32.5 g该合金中锌的质量为$x$。
$\ce{Zn + 2HCl = ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$\begin{aligned}65\phantom{\qquad\qquad\qquad} &\quad 2 \\x\phantom{\qquad\qquad\qquad} &\quad 0.4\ \mathrm{g}\end{aligned}$
$\dfrac{65}{2}=\dfrac{x}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得：$x=13\ \mathrm{g}$
该合金中铜的质量分数为：$\dfrac{32.5\ \mathrm{g} - 13\ \mathrm{g}}{32.5\ \mathrm{g}} × 100\% = 60\%$
答：该合金中铜的质量分数为60%。
解析
【分析】
要解决该问题，需结合金属活动性顺序分析：稀盐酸只能与金属活动性顺序中氢前的金属反应，Cu-Zn合金中Zn在氢前、Cu在氢后，Zn能与稀盐酸反应，Cu不能；而Cu-Ag合金中Cu和Ag均在氢后，都不与稀盐酸反应，因此只能测出Cu-Zn合金的铜质量分数。计算时，利用Zn与稀盐酸反应的化学方程式，由生成氢气的质量算出Zn的质量，再用合金总质量减去Zn的质量得到Cu的质量，最后计算铜的质量分数。
【解析】
(1) 根据金属活动性顺序，Zn能与稀盐酸反应，Cu、Ag不能，故能测出铜质量分数的合金是$\boldsymbol{Cu-Zn}$合金。
(2) 设32.5 g该合金中锌的质量为$x$。
$\ce{Zn + 2HCl = ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$\begin{aligned}65\quad & 2 \\x\quad & 0.4\ \mathrm{g}\end{aligned}$
$\dfrac{65}{2}=\dfrac{x}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得：$x=13\ \mathrm{g}$
该合金中铜的质量分数为：$\dfrac{32.5\ \mathrm{g} - 13\ \mathrm{g}}{32.5\ \mathrm{g}} × 100\% = 60\%$
答：该合金中铜的质量分数为60%。
【答案】
(1) $\boldsymbol{Cu-Zn}$；(2) 60%
【知识点】
金属活动性顺序、化学方程式计算、合金质量分数计算
【点评】
本题结合金属活动性与化学计算，考察学生对金属与酸反应的应用，属于基础题型，需掌握金属活动性顺序及相关计算步骤。
【难度系数】
0.6
要解决该问题，需结合金属活动性顺序分析：稀盐酸只能与金属活动性顺序中氢前的金属反应，Cu-Zn合金中Zn在氢前、Cu在氢后，Zn能与稀盐酸反应，Cu不能；而Cu-Ag合金中Cu和Ag均在氢后，都不与稀盐酸反应，因此只能测出Cu-Zn合金的铜质量分数。计算时，利用Zn与稀盐酸反应的化学方程式，由生成氢气的质量算出Zn的质量，再用合金总质量减去Zn的质量得到Cu的质量，最后计算铜的质量分数。
【解析】
(1) 根据金属活动性顺序，Zn能与稀盐酸反应，Cu、Ag不能，故能测出铜质量分数的合金是$\boldsymbol{Cu-Zn}$合金。
(2) 设32.5 g该合金中锌的质量为$x$。
$\ce{Zn + 2HCl = ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$\begin{aligned}65\quad & 2 \\x\quad & 0.4\ \mathrm{g}\end{aligned}$
$\dfrac{65}{2}=\dfrac{x}{0.4\ \mathrm{g}}$
解得：$x=13\ \mathrm{g}$
该合金中铜的质量分数为：$\dfrac{32.5\ \mathrm{g} - 13\ \mathrm{g}}{32.5\ \mathrm{g}} × 100\% = 60\%$
答：该合金中铜的质量分数为60%。
【答案】
(1) $\boldsymbol{Cu-Zn}$；(2) 60%
【知识点】
金属活动性顺序、化学方程式计算、合金质量分数计算
【点评】
本题结合金属活动性与化学计算，考察学生对金属与酸反应的应用，属于基础题型，需掌握金属活动性顺序及相关计算步骤。
【难度系数】
0.6
16.(4分)从古至今,金属的冶炼技术的发现、发展极大地改变着我们的生活。
(1)古代炼锌工艺原理如图1所示。炉甘石的成分是$\ce{ZnCO_{3}}$,高温易分解生成$\ce{ZnO}$。
①泥罐外煤饼的主要作用是燃烧提供热量,泥罐内煤粉的主要作用是。
②已知锌的熔点为$419.5\ °\mathrm{C}$,沸点为$907\ °\mathrm{C}$。泥罐下部温度可达$1200\ °\mathrm{C}$,上部约为$600\ °\mathrm{C}$,该工艺从反应混合物中收集液态锌的方法属于(填字母)。
A.结晶
B.蒸发
C.蒸馏
D.升华
(2)《周礼·考工记》中记载了铸造各类青铜器的配方。铜和青铜的相关性质如表所示,推断铜冶炼过程中熔入锡的作用有。
注:硬度以金刚石的硬度10为标准,1表示很软,10表示很硬。
(3)现代铜冶炼废气、废水需经过处理后排放。
湿法炼铜废水的处理:湿法炼铜产生酸性废水,含有的$\ce{CuSO_{4}}$、$\ce{ZnSO_{4}}$可用铁炭混合物(铁粉和活性炭的混合物)除去。其他条件不变,废水pH强弱对$\ce{Cu^{2+}}$、$\ce{Zn^{2+}}$去除率的影响
。(提示:溶液pH表示溶液的酸碱性。pH小于7显酸性,pH越小,酸性越强)
相同pH条件下,$\ce{Cu^{2+}}$的去除率远高于$\ce{Zn^{2+}}$的原因可能是。
(1)古代炼锌工艺原理如图1所示。炉甘石的成分是$\ce{ZnCO_{3}}$,高温易分解生成$\ce{ZnO}$。
①泥罐外煤饼的主要作用是燃烧提供热量,泥罐内煤粉的主要作用是。
②已知锌的熔点为$419.5\ °\mathrm{C}$,沸点为$907\ °\mathrm{C}$。泥罐下部温度可达$1200\ °\mathrm{C}$,上部约为$600\ °\mathrm{C}$,该工艺从反应混合物中收集液态锌的方法属于(填字母)。
A.结晶
B.蒸发
C.蒸馏
D.升华
(2)《周礼·考工记》中记载了铸造各类青铜器的配方。铜和青铜的相关性质如表所示,推断铜冶炼过程中熔入锡的作用有。
注:硬度以金刚石的硬度10为标准,1表示很软,10表示很硬。
(3)现代铜冶炼废气、废水需经过处理后排放。
湿法炼铜废水的处理:湿法炼铜产生酸性废水,含有的$\ce{CuSO_{4}}$、$\ce{ZnSO_{4}}$可用铁炭混合物(铁粉和活性炭的混合物)除去。其他条件不变,废水pH强弱对$\ce{Cu^{2+}}$、$\ce{Zn^{2+}}$去除率的影响
。(提示:溶液pH表示溶液的酸碱性。pH小于7显酸性,pH越小,酸性越强)相同pH条件下,$\ce{Cu^{2+}}$的去除率远高于$\ce{Zn^{2+}}$的原因可能是。
答案
解：
(1) ① 作还原剂，将氧化锌还原为金属锌
② C
(2) 降低铜的熔点，便于铸造，同时提高铜合金的硬度
(3) 铁的金属活动性强于铜、弱于锌，铁粉可将Cu²+置换为铜单质从而除去，铁粉不能与Zn²+发生置换反应，因此相同pH条件下Cu²+的去除率远高于Zn²+
(1) ① 作还原剂，将氧化锌还原为金属锌
② C
(2) 降低铜的熔点，便于铸造，同时提高铜合金的硬度
(3) 铁的金属活动性强于铜、弱于锌，铁粉可将Cu²+置换为铜单质从而除去，铁粉不能与Zn²+发生置换反应，因此相同pH条件下Cu²+的去除率远高于Zn²+
解析
【分析】
本题围绕金属冶炼、合金性质、金属活动性顺序设置问题，需结合相关知识点逐一分析：
1. 炼锌过程中，ZnCO₃分解为ZnO后需还原为Zn单质，煤粉的作用需从还原反应角度分析；
2. 收集液态锌的方法需结合锌的熔沸点与泥罐温度，判断分离方法；
3. 合金的性质（熔点、硬度）是解答熔入锡作用的关键；
4. 金属活动性顺序决定铁粉能否置换Cu²+和Zn²+，进而分析去除率差异。
【解析】
(1) ① 炉甘石分解生成ZnO后，需将ZnO还原为金属锌，煤粉的主要成分是碳，碳在高温下具有还原性，可作还原剂将ZnO还原为Zn单质，故煤粉作用为作还原剂；
② 锌的沸点为907℃，泥罐下部温度1200℃（高于锌的沸点），锌变为气态；上部温度600℃（低于锌的沸点），锌冷凝为液态，利用沸点差异分离液态锌的方法属于蒸馏，故选C；
(2) 青铜是铜锡合金，合金的熔点低于其组分金属、硬度高于组分金属，因此铜冶炼过程中熔入锡可降低铜的熔点，便于铸造，同时提高铜合金的硬度；
(3) 根据金属活动性顺序：Zn＞Fe＞Cu，铁炭混合物中的铁粉能与Cu²+发生置换反应（Fe + Cu²+ = Fe²+ + Cu），从而除去Cu²+；但铁粉不能与Zn²+发生置换反应，无法除去Zn²+，因此相同pH条件下Cu²+的去除率远高于Zn²+。
【答案】
(1) ① 作还原剂，将氧化锌还原为金属锌；② C；
(2) 降低铜的熔点，便于铸造，同时提高铜合金的硬度；
(3) 铁的金属活动性强于铜、弱于锌，铁粉可将Cu²+置换为铜单质从而除去，铁粉不能与Zn²+发生置换反应，因此相同pH条件下Cu²+的去除率远高于Zn²+。
【知识点】
金属的冶炼、合金的性质、金属活动性顺序
【点评】
本题结合古代炼锌、青铜器铸造、现代废水处理等实际场景，考查金属相关核心知识点的应用，注重理论与实际的结合，难度适中，要求学生能灵活运用金属冶炼原理、合金性质、金属活动性顺序分析问题。
【难度系数】
0.6
本题围绕金属冶炼、合金性质、金属活动性顺序设置问题，需结合相关知识点逐一分析：
1. 炼锌过程中，ZnCO₃分解为ZnO后需还原为Zn单质，煤粉的作用需从还原反应角度分析；
2. 收集液态锌的方法需结合锌的熔沸点与泥罐温度，判断分离方法；
3. 合金的性质（熔点、硬度）是解答熔入锡作用的关键；
4. 金属活动性顺序决定铁粉能否置换Cu²+和Zn²+，进而分析去除率差异。
【解析】
(1) ① 炉甘石分解生成ZnO后，需将ZnO还原为金属锌，煤粉的主要成分是碳，碳在高温下具有还原性，可作还原剂将ZnO还原为Zn单质，故煤粉作用为作还原剂；
② 锌的沸点为907℃，泥罐下部温度1200℃（高于锌的沸点），锌变为气态；上部温度600℃（低于锌的沸点），锌冷凝为液态，利用沸点差异分离液态锌的方法属于蒸馏，故选C；
(2) 青铜是铜锡合金，合金的熔点低于其组分金属、硬度高于组分金属，因此铜冶炼过程中熔入锡可降低铜的熔点，便于铸造，同时提高铜合金的硬度；
(3) 根据金属活动性顺序：Zn＞Fe＞Cu，铁炭混合物中的铁粉能与Cu²+发生置换反应（Fe + Cu²+ = Fe²+ + Cu），从而除去Cu²+；但铁粉不能与Zn²+发生置换反应，无法除去Zn²+，因此相同pH条件下Cu²+的去除率远高于Zn²+。
【答案】
(1) ① 作还原剂，将氧化锌还原为金属锌；② C；
(2) 降低铜的熔点，便于铸造，同时提高铜合金的硬度；
(3) 铁的金属活动性强于铜、弱于锌，铁粉可将Cu²+置换为铜单质从而除去，铁粉不能与Zn²+发生置换反应，因此相同pH条件下Cu²+的去除率远高于Zn²+。
【知识点】
金属的冶炼、合金的性质、金属活动性顺序
【点评】
本题结合古代炼锌、青铜器铸造、现代废水处理等实际场景，考查金属相关核心知识点的应用，注重理论与实际的结合，难度适中，要求学生能灵活运用金属冶炼原理、合金性质、金属活动性顺序分析问题。
【难度系数】
0.6
