13.(5分)如图甲、乙分别为竖炉炼铁的工艺流程和高炉炼铁的示意图。回答下列问题。

(1)将赤铁矿石粉碎的目的是。
(2)催化反应室中参加反应的甲烷($CH_4$)和二氧化碳的分子个数比为(填最简整数比)。
(3)还原反应室中发生的还原氧化铁的化学方程式为(写一个即可)。(2分)
(4)与使用高炉炼铁相比，竖炉炼铁工艺流程的优点是(写一条即可)。

(1)增大反应物间的接触面，使反应更充分
(2)1:1
(3)$3CO+Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温}2Fe+3CO_{2}$(或:$3H_{2}+Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温}2Fe+3H_{2}O$)
(4)更环保(合理即可)

【分析】
1. 分析粉碎赤铁矿石的目的，需从反应物接触面积对反应的影响入手，增大接触面积可提升反应充分性；
2. 确定催化反应室中甲烷与二氧化碳的反应，通过配平化学方程式得到反应物分子个数比；
3. 还原反应室中利用CO或H₂还原氧化铁，结合反应条件书写对应化学方程式；
4. 对比竖炉炼铁与高炉炼铁的流程，从能源利用、环保等角度分析竖炉炼铁的优点。
【解析】
(1) 将赤铁矿石粉碎，能增大反应物之间的接触面积，使反应更充分，提升反应效率；
(2) 催化反应室中，甲烷和二氧化碳反应生成CO和H₂，配平后的化学方程式为$\ce{CH_{4} + CO_{2}\xlongequal{催化剂} 2CO + 2H_{2}}$，因此参加反应的甲烷和二氧化碳的分子个数比为1:1；
(3) 还原反应室中，一氧化碳在高温下还原氧化铁生成铁和二氧化碳，化学方程式为$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$（或氢气还原氧化铁：$\ce{3H_{2} + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3H_{2}O}$）；
(4) 竖炉炼铁将高温尾气用于催化反应室，实现能源循环利用，相比高炉炼铁更环保（或节约能源、提高原料利用率等合理即可）。
【答案】
(1) 增大反应物间的接触面，使反应更充分
(2) 1:1
(3) $\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$(或$\ce{3H_{2} + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3H_{2}O}$)
(4) 更环保(合理即可)
【知识点】
铁的冶炼、化学方程式书写、化学反应原理
【点评】
本题结合炼铁工艺流程考查基础化学知识，侧重考查学生的分析应用能力，题型常规，难度适中。
【难度系数】
0.7

14.(5分)学习了金属的化学性质后,老师提供了一瓶演示实验后的废液$\ce{AgNO_{3}}$和$\ce{Cu(NO_{3})_{2}}$的混合溶液,甲、乙两同学各自分别用如图所示流程进行实验。

(1)取甲同学实验中的少许滤渣,加入稀盐酸,观察到有气泡产生,则他实验所得滤渣中含有种物质。
(2)若滤液呈蓝色,取乙同学实验中的少许滤液于试管中,插入一根铜丝,观察到的现象,则他实验后的滤液中一定含有的阳离子有$\ce{Ag^{+}}$、(填离子符号),写出插入铜丝时发生反应的化学方程式:(2分)。

(1)3
(2)铜丝表面有银白色物质附着 $\ce{Cu^{2+}}$、$\ce{Zn^{2+}}$ $2AgNO_{3}+Cu\xlongequal{\ \ \ }2Ag+Cu(NO_{3})_{2}$

【分析】
首先明确金属活动性顺序：$\ce{Zn ＞ Cu ＞ Ag}$，锌加入$\ce{AgNO_{3}}$和$\ce{Cu(NO_{3})_{2}}$混合溶液时，优先与$\ce{AgNO_{3}}$反应，待$\ce{AgNO_{3}}$完全反应后，才会与$\ce{Cu(NO_{3})_{2}}$反应。解题时需根据反应现象判断锌的用量，进而确定滤渣和滤液的成分：
(1) 滤渣加稀盐酸有气泡，说明滤渣含能与酸反应的$\ce{Zn}$，即锌过量，此时$\ce{AgNO_{3}}$、$\ce{Cu(NO_{3})_{2}}$均完全反应，据此判断滤渣种类；
(2) 滤液呈蓝色说明含$\ce{Cu^{2+}}$，插入铜丝有现象说明滤液含$\ce{Ag^{+}}$，结合反应产物确定滤液阳离子及反应方程式。
【解析】
(1) 根据金属活动性，锌先与$\ce{AgNO_{3}}$反应：$\ce{Zn + 2AgNO_{3} = Zn(NO_{3})_{2} + 2Ag}$，再与$\ce{Cu(NO_{3})_{2}}$反应：$\ce{Zn + Cu(NO_{3})_{2} = Zn(NO_{3})_{2} + Cu}$。若滤渣加稀盐酸有气泡，说明滤渣中存在未反应的$\ce{Zn}$（$\ce{Ag}$、$\ce{Cu}$不与稀盐酸反应），即锌过量，此时$\ce{AgNO_{3}}$、$\ce{Cu(NO_{3})_{2}}$已完全反应，滤渣含$\ce{Ag}$、$\ce{Cu}$、$\ce{Zn}$共3种物质。
(2) 滤液呈蓝色，说明含$\ce{Cu^{2+}}$，锌已完全反应（若锌过量会置换出$\ce{Cu}$，滤液无$\ce{Cu^{2+}}$）；插入铜丝有现象，说明滤液含$\ce{Ag^{+}}$，铜与$\ce{AgNO_{3}}$反应：$\ce{2AgNO_{3} + Cu = 2Ag + Cu(NO_{3})_{2}}$，现象为铜丝表面有银白色物质附着；滤液中一定含反应生成的$\ce{Zn^{2+}}$、未反应完的$\ce{Cu^{2+}}$，以及$\ce{Ag^{+}}$。
【答案】
(1) 3
(2) 铜丝表面有银白色物质附着；$\ce{Cu^{2+}}$、$\ce{Zn^{2+}}$；$\ce{2AgNO_{3} + Cu\xlongequal{\ \ \ }2Ag + Cu(NO_{3})_{2}}$
【知识点】
金属活动性顺序；金属与盐溶液反应；化学方程式书写
【点评】
本题考查金属活动性顺序的应用，需掌握金属与盐溶液反应的先后规律，根据反应现象判断反应物的量，进而分析滤渣和滤液成分，是金属化学性质的典型考查题型。
【难度系数】
0.6

15.(10分)化学兴趣小组同学进行了以下“制作金属蚀刻画”的项目式学习活动，邀你共同参与。
[任务一]选择金属底板
(1)同学们到小区附近的废品回收站挑选了铝板和铁板，能用物理性质将二者进行区分的操作是(写一条)。
[任务二]预处理金属底板
(2)用砂纸打磨掉铝板表面的氧化膜。用化学方法除去铁板表面的铁锈，可选择的一种试剂是，选择该试剂除铁锈时，反应时间不宜过长的原因是。
[任务三]选择蚀刻液进行蚀刻
(3)首先将有镂空图案的不干胶保护膜(能隔绝蚀刻液与金属底板接触)分别贴到处理好的铝板和铁板上，然后将铝板浸入足量的甲蚀刻液中，将铁板浸入足量的乙蚀刻液中，一段时间后取出。小组同学观察到铝片上有凹陷图案，没有附着物；铁板上出现红色附着物图案。下列是可供他们选择的蚀刻液，则他们选择的乙蚀刻液是(填序号)。
①硫酸铜溶液；②硝酸银溶液；③稀盐酸；④氯化亚铁溶液；⑤氯化钠溶液。
[任务四]金属蚀刻画的后处理
(4)小心地清洗掉蚀刻好的金属板上的废液，去掉不干胶保护膜，进行装饰。为防止铁板蚀刻画生锈，可采取的一种防锈措施是。
[任务五]废液的回收利用
(5)处理铝板蚀刻废液，可加入足量铝片，得到溶液，将其装入(填写仪器名称)，回收保存。
(6)处理铁板蚀刻废液(流程图如下所示)。

过程①的滤渣成分为；过程②加入适量稀硫酸后，发生反应的化学方程式是(2分)。

(1)用磁铁吸引(合理即可)
(2)稀盐酸(合理即可) 铁也能与稀盐酸反应(合理即可，与前一空答案对应)
(3)①
(4)保持铁板蚀刻画表面清洁干燥(合理即可)
(5)氯化铝 细口瓶
(6)铁、铜 $Fe+H_{2}SO_{4}\xlongequal{\ \ \ }FeSO_{4}+H_{2}\uparrow$

【分析】
本题围绕金属蚀刻画的项目式学习展开，需结合金属的物理性质、酸的化学性质、金属活动性顺序、金属防锈及废液处理等知识逐一分析：
(1)区分铝板和铁板，利用铁能被磁铁吸引、铝不能的物理性质，选择磁铁吸引的操作；
(2)除去铁锈（Fe₂O₃）需用酸（如稀盐酸），但酸不仅与铁锈反应，还会与铁反应，故反应时间不宜过长，避免腐蚀铁板；
(3)乙蚀刻液需使铁板出现红色附着物（铜），根据金属活动性，铁能置换出铜盐中的铜，故选硫酸铜溶液；
(4)防锈需隔绝氧气或水，可采取保持表面清洁干燥、刷漆等措施；
(5)铝板蚀刻废液加足量铝片，铝与废液中的金属离子反应生成铝盐，若为氯化物则得氯化铝溶液，液体药品装在细口瓶中；
(6)铁板蚀刻废液含铜离子，加足量铁粉后，铁置换出铜且铁粉过量，故滤渣为Fe和Cu；滤渣中加稀硫酸时，铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应。
【解析】
(1)铁具有磁性，能被磁铁吸引，铝不能，故可用磁铁吸引区分，答案合理即可；
(2)铁锈主要成分为Fe₂O₃，可与稀盐酸（或稀硫酸）反应，故选稀盐酸（合理即可）；但铁也能与稀盐酸反应，若时间过长会腐蚀铁板，故反应时间不宜过长；
(3)要使铁板出现红色附着物（Cu），需选择能与铁反应生成Cu的蚀刻液：①硫酸铜溶液，铁与CuSO₄反应生成Cu（红色）和FeSO₄，符合；②硝酸银溶液反应生成Ag（银白色），不符合；③稀盐酸与铁反应生成H₂，无附着物；④氯化亚铁、⑤氯化钠均不与铁反应，故选①；
(4)铁生锈需与O₂、H₂O接触，防锈可隔绝其中之一，如保持表面清洁干燥、刷油漆、涂油等，合理即可；
(5)铝板蚀刻废液加入足量铝片，铝置换出废液中的金属离子，生成氯化铝（若废液为氯化物体系），液体试剂应装入细口瓶保存；
(6)铁板蚀刻废液含Cu²+，加足量Fe粉，发生反应Fe + Cu²+ = Fe²+ + Cu，因Fe粉足量，故滤渣为生成的Cu和过量的Fe；过程②中，滤渣中的Fe与稀硫酸反应，Cu不反应，反应方程式为Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑。
【答案】
(1)用磁铁吸引(合理即可)
(2)稀盐酸(合理即可)；铁也能与稀盐酸反应(合理即可，与前一空对应)
(3)①
(4)保持铁板蚀刻画表面清洁干燥(合理即可)
(5)氯化铝；细口瓶
(6)铁、铜；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
【知识点】
金属的物理性质、酸的化学性质、金属活动性顺序
【点评】
本题为项目式学习类题目，结合金属相关知识解决实际问题，考查学生对金属性质、酸的反应、金属活动性应用等知识的掌握，以及分析问题、解决实际问题的能力，难度适中。
【难度系数】
0.5