二、填空与简答题(本大题包括2小题,共16分)
13. (6分)探秘古钱币。
(1)古币金属知多少。我国古代的钱币有多种,如金币、银币、铜币、铁币等。小民同学家里收藏有一枚古币,可以被磁铁吸引,该古币是(填币种)。
(2)金属性质共探究。小郑同学做了下列实验:
①如图,铜片表面有黑色物质生成,该反应的化学方程式是。

②《天工开物》记载“铁质贱甚”,写出一个由铁得到铜的化学方程式:。

铁币
$2\mathrm{Cu}+\mathrm{O}_2\xlongequal{\Delta}2\mathrm{CuO}$
$\mathrm{Fe}+\mathrm{CuSO}_4=\mathrm{FeSO}_4+\mathrm{Cu}$

【分析】
1. 第一问：回忆常见金属的特性，铁能被磁铁吸引，而金、银、铜无法被磁铁吸引，据此判断古币的种类。
2. 第二问①：铜在加热条件下会与空气中的氧气反应，生成黑色的氧化铜，根据反应事实和化学方程式的书写规则写出对应方程式。
3. 第二问②：根据金属活动性顺序，铁的活动性强于铜，铁能将铜从可溶性铜盐溶液中置换出来，据此写出置换反应的化学方程式。
【解析】
(1) 常见金属中，只有铁具有能被磁铁吸引的特性，金币、银币、铜币均不能被磁铁吸引，因此可被磁铁吸引的古币是铁币。
(2) ① 铜片在加热条件下，与氧气发生化合反应，生成黑色的氧化铜，反应的化学方程式为：$\ce{2Cu + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2CuO}$。
② 铁的金属活动性比铜强，铁能与硫酸铜溶液发生置换反应，生成硫酸亚铁和铜，反应的化学方程式为：$\ce{Fe + CuSO_{4} = FeSO_{4} + Cu}$。
【答案】
铁币；$\ce{2Cu + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2CuO}$；$\ce{Fe + CuSO_{4} = FeSO_{4} + Cu}$
【知识点】
金属的特性、金属的化学性质、化学方程式书写
【点评】
本题结合古钱币的实际场景，考查了金属的特性、金属活动性的应用及化学方程式的书写，属于基础题型，需要学生掌握常见金属的性质和化学方程式的正确书写方法。
【难度系数】
0.5

14.(10分)娄底市是湖南省最大的钢铁生产基地,某钢铁厂采用赤铁矿冶炼钢铁,其主要工艺流程如下,请完成下列问题。

[查阅资料] Ⅰ.赤铁矿的主要成分是$\ce{Fe_{2}O_{3}}$和$\ce{SiO_{2}}$;Ⅱ.石灰石的主要作用是将矿石中的$\ce{SiO_{2}}$转变为炉渣(主要成分是$\ce{CaSiO_{3}}$)和一种氧化物。
(1)在步骤①中将固体反应物粉碎的目的是。
(2)高炉气体中除$\ce{SO_{2}}$、$\ce{CO}$外,主要成分还有。
(3)在步骤②生成炉渣的反应中没有化合价的改变,请写出生成炉渣的化学反应方程式:。
(4)在步骤④中吹入氩气,使钢水循环流动,使各部分均匀混合,相当于化学实验中(填一种仪器名称)的作用。

增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分
氮气、二氧化碳(合理即可)
$\mathrm{SiO}_2+\mathrm{CaCO}_3\xlongequal{高温}\mathrm{CaSiO}_3+\mathrm{CO}_2\uparrow$
玻璃棒

【分析】
本题围绕钢铁厂炼铁工艺流程展开，需结合工业炼铁的反应特点、物质成分、化学方程式书写及实验仪器作用逐一分析：
(1) 粉碎固体反应物可增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应更充分；
(2) 高炉气体来自高炉内的反应，原料空气中的氮气不参与反应，焦炭与氧气反应生成二氧化碳，结合高炉气体的组成分析；
(3) 根据资料，石灰石将SiO₂转化为CaSiO₃和氧化物，且反应无化合价变化，据此推导反应物和生成物，书写化学方程式；
(4) 氩气使钢水均匀混合，对应实验中搅拌使物质混合均匀的仪器作用。
【解析】
(1) 粉碎固体反应物能增大反应物之间的接触面积，从而加快反应速率，使反应更充分，故粉碎的目的是增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分；
(2) 高炉内通入空气，空气中的氮气不参与反应，焦炭燃烧生成CO₂，因此高炉气体中除SO₂、CO外，主要成分还有氮气、二氧化碳等；
(3) 石灰石（CaCO₃）与SiO₂在高温下反应，生成炉渣CaSiO₃和CO₂，反应无化合价变化，化学方程式为$\ce{SiO_{2} + CaCO_{3}\xlongequal{高温}CaSiO_{3} + CO_{2}\uparrow}$；
(4) 吹入氩气使钢水循环混合，相当于化学实验中玻璃棒搅拌的作用，使各部分均匀混合。
【答案】
增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分；氮气、二氧化碳；$\ce{SiO_{2} + CaCO_{3}\xlongequal{高温}CaSiO_{3} + CO_{2}\uparrow}$；玻璃棒
【知识点】
工业炼铁原理；化学方程式书写；常见仪器用途
【点评】
本题结合工业炼铁的实际工艺流程，考察了反应条件的作用、物质成分分析、化学方程式书写及实验仪器的作用，知识点基础且贴合实际，难度适中，能较好考察学生对相关知识的掌握情况。
【难度系数】
0.6

三、实验与探究题(本大题包括2小题,共36分)
15.(12分)王宏同学在分组实验中组装了如图的实验装置,模拟一氧化碳还原氧化铁,并检验部分产物。

(1)图中装置C所起的作用是,发生反应的化学方程式为。
(2)该同学实验完成后,测得C装置中过量的澄清石灰水增重0.44 g,则整个实验过程中通入装置的CO质量(填“＞”“＜”或“=”)0.28 g。
(3)下列对该实验的分析正确的是(填序号)。
①实验开始时先点燃B处的酒精喷灯,再点燃D处的酒精灯
②A装置的作用是吸收空气中的$\ce{CO_{2}}$,防止对C装置产物$\ce{CO_{2}}$检验造成干扰
③实验结束需等到玻璃管内物质冷却至室温才停止通CO,可防止高温下铁粉被重新氧化

检验是否有二氧化碳生成

$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
>
②③

【分析】
首先，装置C中盛有澄清石灰水，结合一氧化碳还原氧化铁的产物是二氧化碳，可知其作用是检验反应生成的二氧化碳；计算通入CO的质量时，需考虑实验中通入的CO除参与反应外，还需排空气防爆炸、处理尾气，因此实际通入量大于理论值；分析实验操作时，需结合一氧化碳还原氧化铁的实验步骤和注意事项，逐一判断选项。
【解析】
(1) 一氧化碳还原氧化铁生成二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，因此装置C的作用是检验是否有二氧化碳生成；发生反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$。
(2) 根据反应$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$，每28份质量的CO反应生成44份质量的$\ce{CO_{2}}$，若生成0.44g $\ce{CO_{2}}$，理论参与反应的CO为0.28g。但实验中，通入的CO还需排尽装置内空气防止爆炸，且部分CO作为尾气被处理，因此通入装置的CO质量大于0.28g。
(3) ①实验开始时应先通CO排空气，再点燃B处酒精喷灯，防止爆炸，D处酒精灯处理尾气，①错误；②A装置的澄清石灰水可吸收通入的CO中混有的$\ce{CO_{2}}$，避免干扰C装置对反应生成$\ce{CO_{2}}$的检验，②正确；③实验结束后需冷却至室温再停通CO，防止高温下铁粉被氧化，③正确。故选②③。
【答案】
检验是否有二氧化碳生成；$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$；＞；②③
【知识点】
一氧化碳还原氧化铁；二氧化碳的检验；实验操作分析
【点评】
本题考查一氧化碳还原氧化铁实验的装置作用、化学方程式、计算及操作分析，需掌握实验原理和注意事项，综合性较强，对学生的实验分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6

16. (24 分)某学习小组对铁锈蚀进行探究。
【提出问题】铁锈蚀与哪些因素有关?
【查阅资料】①氯化钙固体可作干燥剂。②一定条件下,碳可加快铁的锈蚀,但碳本身不参加反应。③常温常压,氢气的密度是$d\ \mathrm{g/mL}$。
【设计与实验】
实验一:定性探究铁锈蚀的因素
取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管,进行图1实验,现象如表所示。

|试管|A|B|C|D|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|一周后现象|铁钉表面有一层铁锈|铁钉表面无明显变化|铁钉表面无明显变化|铁钉表面有较厚铁锈|

(1)对比A、B、C试管中实验现象,说明铁锈蚀主要是与空气中的发生化学反应。
(2)对比A、D试管中实验现象,说明铁锈蚀还与有关。
(3)铁锈蚀后应及时除锈的原因是。
实验室中可以用稀盐酸除去铁锈,同时生成氯化铁溶液,写出反应的化学方程式:。
实验二:定量探究铁锈蚀的因素
小组设计了图2装置,检查气密性,将5 g铁粉和2 g碳粉加入三颈烧瓶,$t_1$时刻加入2 mL饱和NaCl溶液后,再将一支装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上,采集数据。



(4)据图3,$t_2$时刻后反应并未停止温度却开始降低,原因是。
(5)据图4,对比AB段和BC段说明,分析$t_3$时刻后压强突然变大的原因是。
实验三:测定铁锈含量
将实验二烧瓶中剩余物质过滤、洗涤、干燥,得$m\ \mathrm{g}$固体,连接图5装置,检查气密性,加入固体与足量稀盐酸进行实验。

(6)完全反应后,常温常压下测得生成气体的体积为$V\ \mathrm{mL}$,则该固体中铁锈质量分数的表达式为。
(7)该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是,解决方法是。
【反思与评价】
(8)与实验一对比,实验二铁锈蚀明显更快的原因是。

水蒸气、氧气
氯化钠
铁锈疏
松多孔，能吸附空气中的氧气和水，会加快铁的锈蚀
$\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3+6\mathrm{HCl}=2\mathrm{FeCl}_3+3\mathrm{H}_2\mathrm{O}$
铁生锈放出的热量小于装置散失的热量
加NaCl溶液前，锈蚀较慢
铁锈蚀消耗氧气，三颈烧瓶内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，铁与盐酸反应放出氢气
$\dfrac{m-2-28Vd}{m}×100\%$
氢气未干燥
在乙、丙之间加一个干燥装置
使用了铁粉和加入碳粉

【分析】
本题围绕铁锈蚀的探究展开，需通过对比实验分析变量对铁锈蚀的影响，结合化学反应原理解决各问题：
1. 实验一（定性探究）：通过对比A、B、C试管的变量（是否接触氧气、水蒸气），得出铁锈蚀的反应物；对比A、D试管的变量（是否有氯化钠），得出氯化钠对铁锈蚀的影响；铁锈的特性及除锈反应需结合物质结构和化学方程式书写规则分析。
2. 实验二（定量探究）：结合温度、压强变化分析反应的热量和气体变化；定量计算铁锈质量分数时，需利用生成氢气的体积计算参与反应的铁的质量，再结合剩余固体成分推导铁锈质量；误差分析需考虑气体干燥对体积测量的影响；实验二锈蚀更快的原因需结合实验设计的变量分析。
【解析】
(1) A试管铁钉接触氧气和水蒸气，生锈；B试管只接触水，C试管只接触氧气，均不生锈，说明铁锈蚀需与空气中的水蒸气、氧气反应。
(2) A、D试管变量为是否含氯化钠，D试管生锈更快，说明铁锈蚀还与氯化钠有关。
(3) 铁锈疏松多孔，能吸附空气中的氧气和水，会加快铁的锈蚀，故需及时除锈；铁锈（Fe₂O₃）与稀盐酸反应生成氯化铁和水，化学方程式为：$\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3+6\mathrm{HCl}=2\mathrm{FeCl}_3+3\mathrm{H}_2\mathrm{O}$。
(4) t₂时刻后温度降低，是因为铁生锈放出的热量小于装置散失的热量。
(5) AB段未加NaCl，BC段加入NaCl，对比说明加NaCl溶液前，铁锈蚀较慢；t₃时刻后压强突然变大，是因为铁锈蚀消耗氧气使瓶内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，铁与盐酸反应放出氢气，导致压强增大。
(6) 生成氢气的质量为$V\ \mathrm{mL}×d\ \mathrm{g/mL}=Vd\ \mathrm{g}$，根据$\mathrm{Fe}+2\mathrm{HCl}=\mathrm{FeCl}_2+\mathrm{H}_2↑$，铁的质量为$\frac{56}{2}×Vd=28Vd\ \mathrm{g}$；剩余固体$m\ \mathrm{g}$中含碳粉2g，故铁锈质量为$m-2-28Vd$，铁锈质量分数为$\dfrac{m-2-28Vd}{m}×100\%$。
(7) 氢气未干燥，导致测得的氢气体积偏大，计算出的铁质量偏大，铁锈质量偏小，故铁锈质量分数偏小；解决方法是在乙、丙之间加一个干燥装置。
(8) 实验二使用了铁粉和加入碳粉，加快了铁的锈蚀。
【答案】
水蒸气、氧气；氯化钠；铁锈疏松多孔，能吸附空气中的氧气和水，会加快铁的锈蚀；$\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3+6\mathrm{HCl}=2\mathrm{FeCl}_3+3\mathrm{H}_2\mathrm{O}$；铁生锈放出的热量小于装置散失的热量；加NaCl溶液前，铁锈蚀较慢；铁锈蚀消耗氧气，三颈烧瓶内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，铁与盐酸反应放出氢气；$\dfrac{m-2-28Vd}{m}×100\%$；氢气未干燥；在乙、丙之间加一个干燥装置；使用了铁粉和加入碳粉
【知识点】
铁锈蚀的条件；化学方程式书写；根据化学方程式计算；实验探究的变量控制
【点评】
本题为铁锈蚀的综合探究题，结合定性与定量实验，考查学生对比实验分析、化学反应原理应用及计算能力，需掌握实验变量控制方法和相关化学知识，难度适中，注重实验思维的培养。
【难度系数】
0.4