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11. 金属的冶炼和利用,促进了人类的发展。
(1)明代的《菽园杂记》中记载:“用矿二百五十箩……入大旋风炉,连烹三日三夜,方见成铜。”文中的矿指硫化矿,其主要成分是$\ce{Cu_{2}S}$。$\ce{Cu_{2}S}$和氧气在高温下反应生成铜与二氧化硫,该反应的化学方程式为________。
(2)将一根用砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中,过一会儿取出,观察到的现象是________,该反应的化学方程式为________。
(3)常见含铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿(主要成分$\ce{FeCO_{3}}$)等,$\ce{FeCO_{3}}$中铁元素的化合价为________。
(4)等质量的$\ce{Cu_{2}S}$和$\ce{Fe_{2}O_{3}}$中所含铜元素与铁元素的质量比为________(填最简整数比)。
(5)一些活泼金属可以将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来,例如:$\ce{2Al + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + Al_{2}O_{3}}$。请计算270 g铝发生上述反应时,理论上最多生成铁的质量是多少?
(1)明代的《菽园杂记》中记载:“用矿二百五十箩……入大旋风炉,连烹三日三夜,方见成铜。”文中的矿指硫化矿,其主要成分是$\ce{Cu_{2}S}$。$\ce{Cu_{2}S}$和氧气在高温下反应生成铜与二氧化硫,该反应的化学方程式为________。
(2)将一根用砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中,过一会儿取出,观察到的现象是________,该反应的化学方程式为________。
(3)常见含铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿(主要成分$\ce{FeCO_{3}}$)等,$\ce{FeCO_{3}}$中铁元素的化合价为________。
(4)等质量的$\ce{Cu_{2}S}$和$\ce{Fe_{2}O_{3}}$中所含铜元素与铁元素的质量比为________(填最简整数比)。
(5)一些活泼金属可以将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来,例如:$\ce{2Al + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + Al_{2}O_{3}}$。请计算270 g铝发生上述反应时,理论上最多生成铁的质量是多少?
答案
11.(1)$\ce{Cu_{2}S +O_{2}\xlongequal{高温}2Cu +SO_{2}}$ (2)铝丝上附着红色固体,溶液蓝色变浅 $\ce{2Al +3CuSO_{4}\xlongequal{\;\;}3Cu +Al_{2}(SO_{4})_{3}}$ (3)+2 (4)8:7
(5)解:设270 g铝发生上述反应时,理论上最多生成铁的质量为x。
$\ce{2Al +Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温}2Fe +Al_{2}O_{3}}$
$2×27$ $2×56$
270 g $x$
$\dfrac{2×27}{2×56}=\dfrac{270\ \mathrm{g}}{x}$
$x=560\ \mathrm{g}$
答:270 g铝发生上述反应时,理论上最多生成铁的质量是560 g。
(5)解:设270 g铝发生上述反应时,理论上最多生成铁的质量为x。
$\ce{2Al +Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温}2Fe +Al_{2}O_{3}}$
$2×27$ $2×56$
270 g $x$
$\dfrac{2×27}{2×56}=\dfrac{270\ \mathrm{g}}{x}$
$x=560\ \mathrm{g}$
答:270 g铝发生上述反应时,理论上最多生成铁的质量是560 g。
解析
【分析】
本题围绕金属的冶炼与利用展开，包含化学方程式书写、金属活动性应用、化合价计算、化学式相关计算及化学方程式计算等考点。解题时需：
1. 第(1)问根据反应物、生成物及反应条件，结合质量守恒定律配平化学方程式；
2. 第(2)问利用金属活动性顺序（铝＞铜）判断置换反应，明确反应现象，再根据化合价书写正确的化学方程式；
3. 第(3)问依据化合物中各元素正负化合价代数和为0，结合碳酸根的化合价计算铁元素化合价；
4. 第(4)问假设两种物质质量均为m，分别计算其中铜元素、铁元素的质量，再求最简整数比；
5. 第(5)问按照化学方程式计算的规范步骤，设未知量、写方程式、找相对质量、列比例式、求解、作答。
【解析】
(1) 反应物为$\ce{Cu_{2}S}$和$\ce{O_{2}}$，反应条件为高温，生成物为$\ce{Cu}$和$\ce{SO_{2}}$，根据原子守恒配平得：$\ce{Cu_{2}S +O_{2}\xlongequal{高温}2Cu +SO_{2}}$；
(2) 铝的活动性强于铜，铝与硫酸铜发生置换反应，生成红色的铜和硫酸铝，现象为铝丝上附着红色固体，溶液蓝色变浅；化学方程式为$\ce{2Al +3CuSO_{4}=3Cu +Al_{2}(SO_{4})_{3}}$；
(3) $\ce{FeCO_{3}}$中碳酸根（$\ce{CO^{2-}_{3}}$）化合价为-2，设$\ce{Fe}$化合价为$x$，根据化合物中正负化合价代数和为0，得$x + (-2)=0$，解得$x=+2$；
(4) 设$\ce{Cu_{2}S}$和$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的质量均为$m$，$\ce{Cu_{2}S}$中$\ce{Cu}$的质量为$m×\dfrac{64×2}{64×2+32}=m×\dfrac{128}{160}$，$\ce{Fe_{2}O_{3}}$中$\ce{Fe}$的质量为$m×\dfrac{56×2}{56×2+16×3}=m×\dfrac{112}{160}$，则铜元素与铁元素质量比为$\dfrac{128m}{160}:\dfrac{112m}{160}=8:7$；
(5) 解：设270 g铝反应生成铁的质量为$x$。
$\ce{2Al +Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温}2Fe +Al_{2}O_{3}}$
相对质量：$2×27=54$，$2×56=112$
对应质量：270 g，$x$
列比例式：$\dfrac{54}{112}=\dfrac{270\ \mathrm{g}}{x}$
解得：$x=\dfrac{112×270\ \mathrm{g}}{54}=560\ \mathrm{g}$
答：理论上最多生成铁的质量为560 g。
【答案】
(1)$\ce{Cu_{2}S +O_{2}\xlongequal{高温}2Cu +SO_{2}}$；
(2)铝丝上附着红色固体，溶液蓝色变浅；$\ce{2Al +3CuSO_{4}=3Cu +Al_{2}(SO_{4})_{3}}$；
(3)+2；
(4)8:7；
(5)560 g。
【知识点】
化学方程式书写、金属活动性应用、化合价计算、根据化学方程式计算
【点评】
本题考查金属相关核心知识点，涵盖化学用语、金属性质、化学计算等，题型基础，注重对学生基础知识掌握和应用能力的考查，是初中化学常考题型。
【难度系数】
0.7
本题围绕金属的冶炼与利用展开，包含化学方程式书写、金属活动性应用、化合价计算、化学式相关计算及化学方程式计算等考点。解题时需：
1. 第(1)问根据反应物、生成物及反应条件，结合质量守恒定律配平化学方程式；
2. 第(2)问利用金属活动性顺序（铝＞铜）判断置换反应，明确反应现象，再根据化合价书写正确的化学方程式；
3. 第(3)问依据化合物中各元素正负化合价代数和为0，结合碳酸根的化合价计算铁元素化合价；
4. 第(4)问假设两种物质质量均为m，分别计算其中铜元素、铁元素的质量，再求最简整数比；
5. 第(5)问按照化学方程式计算的规范步骤，设未知量、写方程式、找相对质量、列比例式、求解、作答。
【解析】
(1) 反应物为$\ce{Cu_{2}S}$和$\ce{O_{2}}$，反应条件为高温，生成物为$\ce{Cu}$和$\ce{SO_{2}}$，根据原子守恒配平得：$\ce{Cu_{2}S +O_{2}\xlongequal{高温}2Cu +SO_{2}}$；
(2) 铝的活动性强于铜，铝与硫酸铜发生置换反应，生成红色的铜和硫酸铝，现象为铝丝上附着红色固体，溶液蓝色变浅；化学方程式为$\ce{2Al +3CuSO_{4}=3Cu +Al_{2}(SO_{4})_{3}}$；
(3) $\ce{FeCO_{3}}$中碳酸根（$\ce{CO^{2-}_{3}}$）化合价为-2，设$\ce{Fe}$化合价为$x$，根据化合物中正负化合价代数和为0，得$x + (-2)=0$，解得$x=+2$；
(4) 设$\ce{Cu_{2}S}$和$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的质量均为$m$，$\ce{Cu_{2}S}$中$\ce{Cu}$的质量为$m×\dfrac{64×2}{64×2+32}=m×\dfrac{128}{160}$，$\ce{Fe_{2}O_{3}}$中$\ce{Fe}$的质量为$m×\dfrac{56×2}{56×2+16×3}=m×\dfrac{112}{160}$，则铜元素与铁元素质量比为$\dfrac{128m}{160}:\dfrac{112m}{160}=8:7$；
(5) 解：设270 g铝反应生成铁的质量为$x$。
$\ce{2Al +Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温}2Fe +Al_{2}O_{3}}$
相对质量：$2×27=54$，$2×56=112$
对应质量：270 g，$x$
列比例式：$\dfrac{54}{112}=\dfrac{270\ \mathrm{g}}{x}$
解得：$x=\dfrac{112×270\ \mathrm{g}}{54}=560\ \mathrm{g}$
答：理论上最多生成铁的质量为560 g。
【答案】
(1)$\ce{Cu_{2}S +O_{2}\xlongequal{高温}2Cu +SO_{2}}$；
(2)铝丝上附着红色固体，溶液蓝色变浅；$\ce{2Al +3CuSO_{4}=3Cu +Al_{2}(SO_{4})_{3}}$；
(3)+2；
(4)8:7；
(5)560 g。
【知识点】
化学方程式书写、金属活动性应用、化合价计算、根据化学方程式计算
【点评】
本题考查金属相关核心知识点，涵盖化学用语、金属性质、化学计算等，题型基础，注重对学生基础知识掌握和应用能力的考查，是初中化学常考题型。
【难度系数】
0.7
