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13. 提升题▶废弃电子产品会给环境造成严重影响，我们应将废旧电子产品进行分类回收，处理再利用。从废旧电器的某些部件中可以回收铜和银，其操作流程如下图所示，请按要求填空。
(1)废旧电器预处理时，将其粉碎的目的是。
(2)步骤Ⅰ中加入足量稀硫酸的目的是。
(3)步骤Ⅱ中发生反应的化学方程式是。
(4)固体乙的成分是。
(1)废旧电器预处理时，将其粉碎的目的是。
(2)步骤Ⅰ中加入足量稀硫酸的目的是。
(3)步骤Ⅱ中发生反应的化学方程式是。
(4)固体乙的成分是。
答案
解：
(1) 增大反应物接触面积，使反应更充分，加快反应速率
(2) 使粗产品中的Fe、Mg完全与稀硫酸反应，将其从固体中完全除去
(3) $\ce{Cu + 2AgNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2Ag}$
(4) 铁和铜（或Fe、Cu）
(1) 增大反应物接触面积，使反应更充分，加快反应速率
(2) 使粗产品中的Fe、Mg完全与稀硫酸反应，将其从固体中完全除去
(3) $\ce{Cu + 2AgNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2Ag}$
(4) 铁和铜（或Fe、Cu）
解析
【分析】
首先依据金属活动性顺序（Mg＞Fe＞H＞Cu＞Ag）分析流程：废旧电器粗产品含Fe、Mg、Cu、Ag，步骤Ⅰ加足量稀硫酸时，Fe、Mg（氢前金属）会与稀硫酸反应生成可溶性硫酸盐，Cu、Ag（氢后金属）不反应，从而分离出固体甲（Cu、Ag）和溶液a；步骤Ⅱ中，为从Cu、Ag中得到银，加入的X为硝酸银，Cu与硝酸银发生置换反应生成银和硝酸铜；步骤Ⅲ向硝酸铜溶液中加过量铁，铁置换出铜且铁剩余；步骤Ⅳ向固体乙加稀硫酸，铁反应、铜不反应，最终得到铜。解题时需结合金属活动性判断反应，明确各步骤物质转化。
【解析】
(1) 粉碎废旧电器预处理产物，可增大反应物接触面积，使后续反应更充分，同时加快反应速率，故目的是增大反应物接触面积，使反应更充分，加快反应速率。
(2) Fe、Mg是氢前金属，能与稀硫酸反应，Cu、Ag是氢后金属，不与稀硫酸反应。步骤Ⅰ加足量稀硫酸，可使粗产品中的Fe、Mg完全转化为可溶性硫酸盐，从而从固体中完全除去，得到Cu、Ag的固体混合物。
(3) 步骤Ⅱ中，固体甲为Cu和Ag，加入的X为硝酸银，铜与硝酸银发生置换反应，化学方程式为：$\ce{Cu + 2AgNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2Ag}$。
(4) 步骤Ⅲ中，溶液b为硝酸铜溶液，加入过量铁，铁与硝酸铜反应生成铜和硝酸亚铁，且铁过量，因此固体乙的成分是铁和铜（Fe、Cu）。
【答案】
(1) 增大反应物接触面积，使反应更充分，加快反应速率
(2) 使粗产品中的Fe、Mg完全与稀硫酸反应，将其从固体中完全除去
(3) $\ce{Cu + 2AgNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2Ag}$
(4) 铁和铜（或Fe、Cu）
【知识点】
金属活动性顺序、化学方程式书写、物质分离提纯
【点评】
本题结合废旧金属回收流程，考查金属活动性顺序的应用，解题关键是根据金属活动性判断反应能否发生，明确各步骤物质的转化关系，属于中等难度的应用类题目，需学生掌握金属与酸、金属与盐溶液的反应规律。
【难度系数】
0.5
首先依据金属活动性顺序（Mg＞Fe＞H＞Cu＞Ag）分析流程：废旧电器粗产品含Fe、Mg、Cu、Ag，步骤Ⅰ加足量稀硫酸时，Fe、Mg（氢前金属）会与稀硫酸反应生成可溶性硫酸盐，Cu、Ag（氢后金属）不反应，从而分离出固体甲（Cu、Ag）和溶液a；步骤Ⅱ中，为从Cu、Ag中得到银，加入的X为硝酸银，Cu与硝酸银发生置换反应生成银和硝酸铜；步骤Ⅲ向硝酸铜溶液中加过量铁，铁置换出铜且铁剩余；步骤Ⅳ向固体乙加稀硫酸，铁反应、铜不反应，最终得到铜。解题时需结合金属活动性判断反应，明确各步骤物质转化。
【解析】
(1) 粉碎废旧电器预处理产物，可增大反应物接触面积，使后续反应更充分，同时加快反应速率，故目的是增大反应物接触面积，使反应更充分，加快反应速率。
(2) Fe、Mg是氢前金属，能与稀硫酸反应，Cu、Ag是氢后金属，不与稀硫酸反应。步骤Ⅰ加足量稀硫酸，可使粗产品中的Fe、Mg完全转化为可溶性硫酸盐，从而从固体中完全除去，得到Cu、Ag的固体混合物。
(3) 步骤Ⅱ中，固体甲为Cu和Ag，加入的X为硝酸银，铜与硝酸银发生置换反应，化学方程式为：$\ce{Cu + 2AgNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2Ag}$。
(4) 步骤Ⅲ中，溶液b为硝酸铜溶液，加入过量铁，铁与硝酸铜反应生成铜和硝酸亚铁，且铁过量，因此固体乙的成分是铁和铜（Fe、Cu）。
【答案】
(1) 增大反应物接触面积，使反应更充分，加快反应速率
(2) 使粗产品中的Fe、Mg完全与稀硫酸反应，将其从固体中完全除去
(3) $\ce{Cu + 2AgNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2Ag}$
(4) 铁和铜（或Fe、Cu）
【知识点】
金属活动性顺序、化学方程式书写、物质分离提纯
【点评】
本题结合废旧金属回收流程，考查金属活动性顺序的应用，解题关键是根据金属活动性判断反应能否发生，明确各步骤物质的转化关系，属于中等难度的应用类题目，需学生掌握金属与酸、金属与盐溶液的反应规律。
【难度系数】
0.5
三、探究题
14. 提升题▶某学习小组对铁生锈进行探究。
【提出问题】铁生锈与哪些因素有关？
【设计与实验】
实验一:定性探究铁生锈的因素
取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管中,进行图1所示实验,现象如下表所示。
| 试管 | A | B | C | D |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 一周后的现象 | 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 试管中的实验现象,说明铁生锈的过程主要是铁与空气中的发生化学反应的过程。
(2)对比 A、D 试管中的实验现象,说明铁生锈还与有关。
(3)与铝不同,铁制品可以全部生锈,原因是。
实验二:定量探究铁生锈的因素
小组设计了图2所示装置,检查气密性后,将5 g铁粉和2 g炭粉加入三颈烧瓶,$t_1$ s时加入2 mL一定浓度的NaCl溶液后,再将一支装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上,同时接上相关设备采集数据。
(4)根据图3可知,铁生锈(填“吸热”或“放热”)。
(5)据图4分析,$t_3$ s时压强突然变大的原因是。
【反思与评价】
(6)与实验一相比,实验二中铁生锈明显更快的原因可能是。
14. 提升题▶某学习小组对铁生锈进行探究。
【提出问题】铁生锈与哪些因素有关？
【设计与实验】
实验一:定性探究铁生锈的因素
取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管中,进行图1所示实验,现象如下表所示。
| 试管 | A | B | C | D |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 一周后的现象 | 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 试管中的实验现象,说明铁生锈的过程主要是铁与空气中的发生化学反应的过程。
(2)对比 A、D 试管中的实验现象,说明铁生锈还与有关。
(3)与铝不同,铁制品可以全部生锈,原因是。
实验二:定量探究铁生锈的因素
小组设计了图2所示装置,检查气密性后,将5 g铁粉和2 g炭粉加入三颈烧瓶,$t_1$ s时加入2 mL一定浓度的NaCl溶液后,再将一支装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上,同时接上相关设备采集数据。
(4)根据图3可知,铁生锈(填“吸热”或“放热”)。
(5)据图4分析,$t_3$ s时压强突然变大的原因是。
【反思与评价】
(6)与实验一相比,实验二中铁生锈明显更快的原因可能是。
答案
解：
(1) 氧气和水(或$\ce{O_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$)
(2) 氯化钠(或$\ce{NaCl}$、盐)
(3) 铝氧化生成的致密氧化铝薄膜能阻止内部铝继续被氧化，而铁生锈生成的铁锈疏松多孔，无法阻隔内部的铁与氧气、水接触，可继续发生反应，因此铁制品可以全部生锈
(4) 放热
(5) $t_3\ \mathrm{s}$时注射器中的稀盐酸进入三颈烧瓶，与未反应的铁发生反应生成氢气，装置内气体量快速增加，压强突然变大
(6) 实验二中使用铁粉，增大了铁与氧气、水的接触面积，同时体系内存在炭粉和氯化钠，加快了铁锈蚀的速率
(1) 氧气和水(或$\ce{O_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$)
(2) 氯化钠(或$\ce{NaCl}$、盐)
(3) 铝氧化生成的致密氧化铝薄膜能阻止内部铝继续被氧化，而铁生锈生成的铁锈疏松多孔，无法阻隔内部的铁与氧气、水接触，可继续发生反应，因此铁制品可以全部生锈
(4) 放热
(5) $t_3\ \mathrm{s}$时注射器中的稀盐酸进入三颈烧瓶，与未反应的铁发生反应生成氢气，装置内气体量快速增加，压强突然变大
(6) 实验二中使用铁粉，增大了铁与氧气、水的接触面积，同时体系内存在炭粉和氯化钠，加快了铁锈蚀的速率
解析
【分析】
解答本题需运用控制变量法分析实验现象，结合铁生锈的原理、金属氧化膜的特点、影响反应速率的因素等知识点逐步推导：
1. 对比A、B、C试管，分析铁生锈的反应物；
2. 对比A、D试管，找出变量确定额外影响因素；
3. 区分铝和铁氧化产物的结构差异，解释铁制品可全部生锈的原因；
4. 结合定量实验的温度变化判断铁生锈的热量变化；
5. 分析t₃时刻加入稀盐酸后压强突变的原因；
6. 对比两个实验的反应物差异，解释铁生锈速率不同的原因。
【解析】
(1) 对比A、B、C：A中铁钉同时接触氧气和水，生锈；B中仅接触干燥空气（无水），不生锈；C中仅接触水（无氧气），不生锈，说明铁生锈是铁与氧气、水共同反应的过程，故填氧气和水（或$\ce{O_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$）。
(2) A、D的变量为是否含氯化钠，D中加入氯化钠后生锈更明显，说明铁生锈还与氯化钠（或盐）有关，故填氯化钠（或$\ce{NaCl}$、盐）。
(3) 铝氧化生成致密的氧化铝薄膜，能覆盖在铝表面阻止内部铝继续被氧化；而铁生锈生成的铁锈疏松多孔，无法隔绝内部铁与氧气、水的接触，内部铁会持续反应，因此铁制品可以全部生锈，故填铝氧化生成致密氧化铝薄膜阻止内部铝继续氧化，铁生锈生成疏松铁锈无法阻隔内部铁与氧气、水接触，可继续反应。
(4) 由定量实验的温度变化图可知，铁生锈过程中温度升高，说明铁生锈放热，故填放热。
(5) t₃ s时，注射器中的稀盐酸进入三颈烧瓶，与未反应的铁发生置换反应生成氢气，装置内气体量快速增加，导致压强突然变大，故填t₃ s时稀盐酸与未反应的铁反应生成氢气，装置内气体量增加，压强变大。
(6) 实验二中使用铁粉，增大了铁与氧气、水的接触面积，同时体系内存在炭粉和氯化钠，加快了铁锈蚀的速率，因此铁生锈更快，故填铁粉增大了接触面积，炭粉和氯化钠加快锈蚀速率。
【答案】
(1) 氧气和水(或$\ce{O_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$)
(2) 氯化钠(或$\ce{NaCl}$、盐)
(3) 铝氧化生成的致密氧化铝薄膜能阻止内部铝继续被氧化，而铁生锈生成的铁锈疏松多孔，无法阻隔内部的铁与氧气、水接触，可继续发生反应，因此铁制品可以全部生锈
(4) 放热
(5) $t_3\ \mathrm{s}$时注射器中的稀盐酸进入三颈烧瓶，与未反应的铁发生反应生成氢气，装置内气体量快速增加，压强突然变大
(6) 实验二中使用铁粉，增大了铁与氧气、水的接触面积，同时体系内存在炭粉和氯化钠，加快了铁锈蚀的速率
【知识点】
铁生锈的条件、金属的化学性质、影响反应速率的因素
【点评】
本题通过定性与定量结合的实验探究铁生锈的影响因素，运用控制变量法分析实验现象，综合考查学生的实验分析、逻辑推理能力，是一道兼具基础与综合性的探究题。
【难度系数】
0.5
解答本题需运用控制变量法分析实验现象，结合铁生锈的原理、金属氧化膜的特点、影响反应速率的因素等知识点逐步推导：
1. 对比A、B、C试管，分析铁生锈的反应物；
2. 对比A、D试管，找出变量确定额外影响因素；
3. 区分铝和铁氧化产物的结构差异，解释铁制品可全部生锈的原因；
4. 结合定量实验的温度变化判断铁生锈的热量变化；
5. 分析t₃时刻加入稀盐酸后压强突变的原因；
6. 对比两个实验的反应物差异，解释铁生锈速率不同的原因。
【解析】
(1) 对比A、B、C：A中铁钉同时接触氧气和水，生锈；B中仅接触干燥空气（无水），不生锈；C中仅接触水（无氧气），不生锈，说明铁生锈是铁与氧气、水共同反应的过程，故填氧气和水（或$\ce{O_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$）。
(2) A、D的变量为是否含氯化钠，D中加入氯化钠后生锈更明显，说明铁生锈还与氯化钠（或盐）有关，故填氯化钠（或$\ce{NaCl}$、盐）。
(3) 铝氧化生成致密的氧化铝薄膜，能覆盖在铝表面阻止内部铝继续被氧化；而铁生锈生成的铁锈疏松多孔，无法隔绝内部铁与氧气、水的接触，内部铁会持续反应，因此铁制品可以全部生锈，故填铝氧化生成致密氧化铝薄膜阻止内部铝继续氧化，铁生锈生成疏松铁锈无法阻隔内部铁与氧气、水接触，可继续反应。
(4) 由定量实验的温度变化图可知，铁生锈过程中温度升高，说明铁生锈放热，故填放热。
(5) t₃ s时，注射器中的稀盐酸进入三颈烧瓶，与未反应的铁发生置换反应生成氢气，装置内气体量快速增加，导致压强突然变大，故填t₃ s时稀盐酸与未反应的铁反应生成氢气，装置内气体量增加，压强变大。
(6) 实验二中使用铁粉，增大了铁与氧气、水的接触面积，同时体系内存在炭粉和氯化钠，加快了铁锈蚀的速率，因此铁生锈更快，故填铁粉增大了接触面积，炭粉和氯化钠加快锈蚀速率。
【答案】
(1) 氧气和水(或$\ce{O_{2}}$、$\ce{H_{2}O}$)
(2) 氯化钠(或$\ce{NaCl}$、盐)
(3) 铝氧化生成的致密氧化铝薄膜能阻止内部铝继续被氧化，而铁生锈生成的铁锈疏松多孔，无法阻隔内部的铁与氧气、水接触，可继续发生反应，因此铁制品可以全部生锈
(4) 放热
(5) $t_3\ \mathrm{s}$时注射器中的稀盐酸进入三颈烧瓶，与未反应的铁发生反应生成氢气，装置内气体量快速增加，压强突然变大
(6) 实验二中使用铁粉，增大了铁与氧气、水的接触面积，同时体系内存在炭粉和氯化钠，加快了铁锈蚀的速率
【知识点】
铁生锈的条件、金属的化学性质、影响反应速率的因素
【点评】
本题通过定性与定量结合的实验探究铁生锈的影响因素，运用控制变量法分析实验现象，综合考查学生的实验分析、逻辑推理能力，是一道兼具基础与综合性的探究题。
【难度系数】
0.5
