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典例1（6分）金属与酸反应会放出热量。为深入研究金属和酸反应的特点，小明用如图甲所示装置进行实验：在烧瓶中加入0.48 g镁和足量的溶质质量分数为14.6%的稀盐酸，塞紧瓶塞，利用传感器记录160 s内瓶内气压变化。用等质量的铁和锌重复上述实验，得到相关曲线如图乙所示。
(1)图乙中，能支持锌比铁活动性强的证据是。
(2)(2分)实验中，若0.48 g镁完全反应，至少需要稀盐酸多少克？
(3)解释镁与稀盐酸反应时，0～80 s瓶内气压发生如图乙所示变化的原因：。
(1)图乙中，能支持锌比铁活动性强的证据是。
(2)(2分)实验中，若0.48 g镁完全反应，至少需要稀盐酸多少克？
(3)解释镁与稀盐酸反应时，0～80 s瓶内气压发生如图乙所示变化的原因：。
答案
解：
(1) 相同反应时间内，锌对应的瓶内气压比铁大，锌与稀盐酸的反应速率更快
(2) 设至少需要参加反应的HCl的质量为x
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$24\quad\quad 73$
$0.48\ \mathrm{g}\quad x$
$\frac{24}{73}=\frac{0.48\ \mathrm{g}}{x}$
解得 $x=1.46\ \mathrm{g}$
需要溶质质量分数为14.6%的稀盐酸的质量为：$\frac{1.46\ \mathrm{g}}{14.6\%}=10\ \mathrm{g}$
答：至少需要稀盐酸10 g。
(3) 镁与稀盐酸反应生成大量氢气，同时反应放出热量使瓶内温度升高，两者共同作用使瓶内气压快速增大到峰值；反应结束后不再产生氢气，装置向外散热，温度逐渐降低，瓶内气压随之减小后趋于稳定。
(1) 相同反应时间内，锌对应的瓶内气压比铁大，锌与稀盐酸的反应速率更快
(2) 设至少需要参加反应的HCl的质量为x
$\ce{Mg + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
$24\quad\quad 73$
$0.48\ \mathrm{g}\quad x$
$\frac{24}{73}=\frac{0.48\ \mathrm{g}}{x}$
解得 $x=1.46\ \mathrm{g}$
需要溶质质量分数为14.6%的稀盐酸的质量为：$\frac{1.46\ \mathrm{g}}{14.6\%}=10\ \mathrm{g}$
答：至少需要稀盐酸10 g。
(3) 镁与稀盐酸反应生成大量氢气，同时反应放出热量使瓶内温度升高，两者共同作用使瓶内气压快速增大到峰值；反应结束后不再产生氢气，装置向外散热，温度逐渐降低，瓶内气压随之减小后趋于稳定。
变式1-1 将质量相等的镁、锌、铁三种金属，同时分别放入三份质量分数相同且等质量的稀盐酸中，生成氢气的质量与反应时间的关系如图所示。根据图中所提供的信息，得出的结论错误的是（）
A.稀盐酸都已完全反应
B.三种金属可能都有剩余
C.锌可能反应完全，镁、铁一定过量
D.镁、锌一定过量，铁可能反应完全
A.稀盐酸都已完全反应
B.三种金属可能都有剩余
C.锌可能反应完全，镁、铁一定过量
D.镁、锌一定过量，铁可能反应完全
答案
D
解析
1. 由图像可知最终生成氢气质量相等，说明三份稀盐酸中的氢元素全部转化为氢气，稀盐酸均完全反应，A选项结论正确。
2. 金属活动性顺序为Mg＞Zn＞Fe，反应速率对应X为Mg、Y为Zn、Z为Fe。生成等质量氢气，消耗三种金属的质量关系为Zn＞Fe＞Mg：若取用的金属质量都大于消耗完等质量HCl所需的Zn的最大质量，则三种金属都有剩余，B选项结论正确。
3. 若金属质量介于消耗完HCl所需Fe的质量和Zn的质量之间，锌可恰好完全反应，此时生成等量氢气所需Mg、Fe的质量都小于锌，故镁、铁一定过量，C选项结论正确。
4. 若铁完全反应，说明金属质量≤消耗等质量HCl所需Fe的质量，该质量小于消耗等质量HCl所需Zn的质量，此时锌必然不足，不可能出现锌过量、铁反应完全的情况，D选项结论错误。
2. 金属活动性顺序为Mg＞Zn＞Fe，反应速率对应X为Mg、Y为Zn、Z为Fe。生成等质量氢气，消耗三种金属的质量关系为Zn＞Fe＞Mg：若取用的金属质量都大于消耗完等质量HCl所需的Zn的最大质量，则三种金属都有剩余，B选项结论正确。
3. 若金属质量介于消耗完HCl所需Fe的质量和Zn的质量之间，锌可恰好完全反应，此时生成等量氢气所需Mg、Fe的质量都小于锌，故镁、铁一定过量，C选项结论正确。
4. 若铁完全反应，说明金属质量≤消耗等质量HCl所需Fe的质量，该质量小于消耗等质量HCl所需Zn的质量，此时锌必然不足，不可能出现锌过量、铁反应完全的情况，D选项结论错误。
变式1-2（10分）对于金属材料，我们应该从多角度了解。
Ⅰ.金属的活动性
(1)为探究锌、铁、铜三种金属的活动性及它们和氢元素的位置关系，小明设计了如图所示的实验。
①试管C中发生反应的化学方程式为，该反应属于（填基本反应类型）。
②你认为省略上述试管（填字母）中的实验，也能达到实验目的。
Ⅱ.金属的回收再利用
(2)某学习小组同学欲从废旧电脑的某些零部件中回收金属银，设计流程如图所示。
①步骤Ⅰ中加入足量稀硫酸后发生反应的化学方程式为。
②溶液X中只含有一种溶质，该溶质为。
Ⅰ.金属的活动性
(1)为探究锌、铁、铜三种金属的活动性及它们和氢元素的位置关系，小明设计了如图所示的实验。
①试管C中发生反应的化学方程式为，该反应属于（填基本反应类型）。
②你认为省略上述试管（填字母）中的实验，也能达到实验目的。
Ⅱ.金属的回收再利用
(2)某学习小组同学欲从废旧电脑的某些零部件中回收金属银，设计流程如图所示。
①步骤Ⅰ中加入足量稀硫酸后发生反应的化学方程式为。
②溶液X中只含有一种溶质，该溶质为。
答案
解：
Ⅰ. 金属的活动性
(1) ①
$\ce{Fe + CuSO_{4} = FeSO_{4} + Cu}$
置换反应
② $\mathrm{C}$
Ⅱ. 金属的回收再利用
(2) ①
$\ce{2Al + 3H_{2}SO_{4} = Al_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}\uparrow}$
② $\ce{Cu(NO_{3})_{2}}$（或硝酸铜）
Ⅰ. 金属的活动性
(1) ①
$\ce{Fe + CuSO_{4} = FeSO_{4} + Cu}$
置换反应
② $\mathrm{C}$
Ⅱ. 金属的回收再利用
(2) ①
$\ce{2Al + 3H_{2}SO_{4} = Al_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}\uparrow}$
② $\ce{Cu(NO_{3})_{2}}$（或硝酸铜）
典例2（6分）某兴趣小组在收集金属冶炼的相关资料时，发现以下一段文字：已知在不同温度下，CO与铁的氧化物反应能生成另一种铁的氧化物（或铁单质）和CO₂。为了解反应产物的黑色物质组成，他们进行了以下探究。
[查阅资料]资料一：Fe粉和Fe₃O₄粉末能被磁铁吸引，而FeO不能。
资料二：Fe₃O₄中铁元素有+2、+3两种化合价，其化学式也可用FeO·Fe₂O₃表示。
[提出猜想]黑色物质可能是Fe₃O₄、FeO和Fe中的一种或几种。
[进行实验]兴趣小组收集了CO与Fe₂O₃反应生成的黑色物质进行了如表所示的实验。
[实验结论]（1）乙、丙实验现象说明黑色物质中没有（填化学式）。
（2）甲实验现象说明黑色物质中没有FeO，因此生成的黑色物质应为（填化学式）。
（3）试写出黑色粉末和热的稀盐酸反应的化学方程式：。
[查阅资料]资料一：Fe粉和Fe₃O₄粉末能被磁铁吸引，而FeO不能。
资料二：Fe₃O₄中铁元素有+2、+3两种化合价，其化学式也可用FeO·Fe₂O₃表示。
[提出猜想]黑色物质可能是Fe₃O₄、FeO和Fe中的一种或几种。
[进行实验]兴趣小组收集了CO与Fe₂O₃反应生成的黑色物质进行了如表所示的实验。
[实验结论]（1）乙、丙实验现象说明黑色物质中没有（填化学式）。
（2）甲实验现象说明黑色物质中没有FeO，因此生成的黑色物质应为（填化学式）。
（3）试写出黑色粉末和热的稀盐酸反应的化学方程式：。
答案
解：
(1) $\boldsymbol{Fe}$
(2) $\boldsymbol{Fe_3O_4}$
(3) $\boldsymbol{Fe_3O_4 + 8HCl \stackrel{\Delta}{=\!=\!=} FeCl_2 + 2FeCl_3 + 4H_2O}$
(1) $\boldsymbol{Fe}$
(2) $\boldsymbol{Fe_3O_4}$
(3) $\boldsymbol{Fe_3O_4 + 8HCl \stackrel{\Delta}{=\!=\!=} FeCl_2 + 2FeCl_3 + 4H_2O}$
