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8. 新趋势 学科融合 如图所示,在等臂杠杆的两端分别挂着打磨干净、质量相同的铁球和铜球,此时杠杆平衡,然后将两个金属球分别浸入等质量、等浓度的稀硫酸中,待反应结束后,取掉烧杯,两个金属球均有剩余。下列说法中,正确的是 (
A.实验过程中,铁球会上浮
B.实验结束后去掉烧杯,杠杆左端下沉
C.反应结束后,右侧烧杯中溶液变为蓝色
D.实验结束后,左侧烧杯中溶液质量比右侧烧杯中溶液质量小
A
)A.实验过程中,铁球会上浮
B.实验结束后去掉烧杯,杠杆左端下沉
C.反应结束后,右侧烧杯中溶液变为蓝色
D.实验结束后,左侧烧杯中溶液质量比右侧烧杯中溶液质量小
答案
8. A 实验过程中,铁球和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,铁球的质量逐渐减小,而铜球与稀硫酸不反应,质量不变,所以铁球会上浮,A正确;实验结束后,铁球质量减小,铜球质量不变,去掉烧杯,杠杆右端下沉,B错误;铜球与稀硫酸不反应,反应结束后,右侧烧杯中溶液仍为无色,C错误;实验结束后,左侧烧杯中的稀硫酸变为$\ce{FeSO_{4}}$溶液,溶液质量增大,右侧烧杯中铜球与稀硫酸不反应,溶液质量不变,所以实验结束后,左侧烧杯中溶液质量比右侧烧杯中溶液质量大,D错误。
解析
【分析】
首先梳理题干给出的所有条件：初始时等臂杠杆两端挂质量相同的铁球、铜球，杠杆处于平衡状态，两个烧杯中盛放等质量、等浓度的稀硫酸，反应结束后两种金属均有剩余，说明稀硫酸被完全消耗。接下来结合金属活动性顺序判断反应能否发生：铁的活动性排在氢之前，可以和稀硫酸反应，铜的活动性排在氢之后，不能和稀硫酸反应。之后逐个对选项进行验证：先分析铁球反应后的质量变化判断A选项，再对比反应后两个金属球的质量判断杠杆的偏转情况分析B选项，结合铜不与稀硫酸反应判断溶液颜色分析C选项，再根据质量守恒对比反应前后两侧溶液的质量变化分析D选项，最终得到正确答案。
【解析】
根据金属活动性顺序$\ce{Fe}＞\ce{H}＞\ce{Cu}$，结合题干“金属均有剩余，稀硫酸完全反应”的条件逐一分析：
1. 分析选项A：铁和稀硫酸发生反应$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}↑}$，铁球中的铁不断溶解进入溶液，铁球自身质量持续减小，铁球受到的向下拉力变小，因此实验过程中铁球会上浮，A正确。
2. 分析选项B：反应后铁球因参与反应质量减小，铜球不与稀硫酸反应，质量保持初始值不变，因此杠杆右侧（铜球端）更重，去掉烧杯后杠杆右端下沉，并非左端下沉，B错误。
3. 分析选项C：铜的活动性弱于氢，和稀硫酸不发生反应，右侧烧杯内溶液始终为无色，不会变为蓝色，C错误。
4. 分析选项D：左侧反应中，每56份质量的铁进入溶液，仅逸出2份质量的氢气，根据质量守恒，左侧溶液质量 = 原稀硫酸质量 + 参与反应的铁的质量 - 生成氢气的质量，因此左侧溶液质量大于原稀硫酸质量；右侧不发生反应，溶液质量等于原稀硫酸质量，因此左侧烧杯溶液质量比右侧大，D错误。
【答案】A
【知识点】金属活动性顺序，金属与酸反应，质量守恒应用
【点评】本题属于化学物理跨学科融合题型，结合杠杆、浮力的物理知识考察金属与酸反应的相关规律，易错点是对反应后溶液质量的变化判断，需要明确金属与酸反应时，进入溶液的金属质量大于逸出氢气的质量，因此溶液质量会增大，同时要牢记氢后金属不能和稀硫酸发生置换反应的基础结论。
【难度系数】0.6
首先梳理题干给出的所有条件：初始时等臂杠杆两端挂质量相同的铁球、铜球，杠杆处于平衡状态，两个烧杯中盛放等质量、等浓度的稀硫酸，反应结束后两种金属均有剩余，说明稀硫酸被完全消耗。接下来结合金属活动性顺序判断反应能否发生：铁的活动性排在氢之前，可以和稀硫酸反应，铜的活动性排在氢之后，不能和稀硫酸反应。之后逐个对选项进行验证：先分析铁球反应后的质量变化判断A选项，再对比反应后两个金属球的质量判断杠杆的偏转情况分析B选项，结合铜不与稀硫酸反应判断溶液颜色分析C选项，再根据质量守恒对比反应前后两侧溶液的质量变化分析D选项，最终得到正确答案。
【解析】
根据金属活动性顺序$\ce{Fe}＞\ce{H}＞\ce{Cu}$，结合题干“金属均有剩余，稀硫酸完全反应”的条件逐一分析：
1. 分析选项A：铁和稀硫酸发生反应$\ce{Fe + H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + H_{2}↑}$，铁球中的铁不断溶解进入溶液，铁球自身质量持续减小，铁球受到的向下拉力变小，因此实验过程中铁球会上浮，A正确。
2. 分析选项B：反应后铁球因参与反应质量减小，铜球不与稀硫酸反应，质量保持初始值不变，因此杠杆右侧（铜球端）更重，去掉烧杯后杠杆右端下沉，并非左端下沉，B错误。
3. 分析选项C：铜的活动性弱于氢，和稀硫酸不发生反应，右侧烧杯内溶液始终为无色，不会变为蓝色，C错误。
4. 分析选项D：左侧反应中，每56份质量的铁进入溶液，仅逸出2份质量的氢气，根据质量守恒，左侧溶液质量 = 原稀硫酸质量 + 参与反应的铁的质量 - 生成氢气的质量，因此左侧溶液质量大于原稀硫酸质量；右侧不发生反应，溶液质量等于原稀硫酸质量，因此左侧烧杯溶液质量比右侧大，D错误。
【答案】A
【知识点】金属活动性顺序，金属与酸反应，质量守恒应用
【点评】本题属于化学物理跨学科融合题型，结合杠杆、浮力的物理知识考察金属与酸反应的相关规律，易错点是对反应后溶液质量的变化判断，需要明确金属与酸反应时，进入溶液的金属质量大于逸出氢气的质量，因此溶液质量会增大，同时要牢记氢后金属不能和稀硫酸发生置换反应的基础结论。
【难度系数】0.6
9. 烧杯中盛有锌粉和铁粉的混合物$m\ \mathrm{g}$，向其中逐渐加入一定浓度的稀盐酸，测得剩余固体的质量与加入稀盐酸的体积的关系如图所示(已知:锌比铁活泼，锌先与盐酸发生反应)。下列结论中，正确的是（
① 加入$V_1\ \mathrm{mL}$稀盐酸时，剩余固体中不含锌
② 加入$V_2\ \mathrm{mL}$稀盐酸时，溶液中溶解的物质为$\ce{FeCl_{3}}$和$\ce{ZnCl_{2}}$
③ 整个过程中发生的反应均为置换反应
④ 反应中产生氢气的质量一定小于$\dfrac{m}{28}\ \mathrm{g}$
A.①③④
B.①②③④
C.②③④
D.①②④
A
）① 加入$V_1\ \mathrm{mL}$稀盐酸时，剩余固体中不含锌
② 加入$V_2\ \mathrm{mL}$稀盐酸时，溶液中溶解的物质为$\ce{FeCl_{3}}$和$\ce{ZnCl_{2}}$
③ 整个过程中发生的反应均为置换反应
④ 反应中产生氢气的质量一定小于$\dfrac{m}{28}\ \mathrm{g}$
A.①③④
B.①②③④
C.②③④
D.①②④
答案
9. A ① 烧杯中盛有锌粉和铁粉的混合物$m\ \mathrm{g}$,向其中逐渐加入一定浓度的稀盐酸,锌先与稀盐酸反应生成氯化锌和氢气,锌反应完,铁再与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,加入$V_1\ \mathrm{mL}$稀盐酸时,剩余固体的质量减小的斜率发生改变,锌此时恰好完全反应,则剩余固体中不含锌。② 加入$V_2\ \mathrm{mL}$稀盐酸时,铁和稀盐酸恰好完全反应,溶液中溶解的物质为$\ce{FeCl_{2}}$和$\ce{ZnCl_{2}}$。③ 锌与稀盐酸反应生成氯化锌和氢气,铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,则整个过程中发生的反应均为置换反应。④ 假设$m\ \mathrm{g}$固体全部是锌,生成氢气的质量为$x$。
$\ce{Zn + 2HCl=ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
65 2
$m\ \mathrm{g}$ $x$
$\dfrac{65}{2}=\dfrac{m\ \mathrm{g}}{x}$ $x=\dfrac{m}{32.5}\ \mathrm{g}$
假设$m\ \mathrm{g}$固体全部是铁,生成氢气的质量为$y$。
$\ce{Fe + 2HCl=FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
56 2
$m\ \mathrm{g}$ $y$
$\dfrac{56}{2}=\dfrac{m\ \mathrm{g}}{y}$ $y=\dfrac{m}{28}\ \mathrm{g}$
则$\dfrac{m}{32.5}\ \mathrm{g}＜$反应中产生氢气的质量$＜\dfrac{m}{28}\ \mathrm{g}$。故①③④说法均正确。
$\ce{Zn + 2HCl=ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
65 2
$m\ \mathrm{g}$ $x$
$\dfrac{65}{2}=\dfrac{m\ \mathrm{g}}{x}$ $x=\dfrac{m}{32.5}\ \mathrm{g}$
假设$m\ \mathrm{g}$固体全部是铁,生成氢气的质量为$y$。
$\ce{Fe + 2HCl=FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
56 2
$m\ \mathrm{g}$ $y$
$\dfrac{56}{2}=\dfrac{m\ \mathrm{g}}{y}$ $y=\dfrac{m}{28}\ \mathrm{g}$
则$\dfrac{m}{32.5}\ \mathrm{g}＜$反应中产生氢气的质量$＜\dfrac{m}{28}\ \mathrm{g}$。故①③④说法均正确。
解析
【分析】
这道题的核心是结合金属活动性顺序判断锌、铁和稀盐酸的反应先后顺序，再对应图像的斜率变化逐一验证四个结论：首先已知锌比铁活泼，锌会优先和稀盐酸反应，锌完全消耗后铁才开始反应，对应图像里0到V₁段固体质量下降更快，是锌在反应，V₁之后下降速率变慢，是铁在反应。接下来逐个判断：①V₁点斜率突变，说明锌刚好反应完，剩余固体只有铁，不含锌；②铁和稀盐酸反应生成的是氯化亚铁而非氯化铁，该说法错误；③两个金属和酸的反应都符合置换反应的定义；④用极值法，假设固体全是铁生成氢气质量为m/28 g，全是锌生成氢气质量更小，因此混合物生成的氢气一定小于m/28 g。最后筛选出正确的结论即可得到答案。
【解析】
我们逐一推导四个结论的正误：
1. 验证结论①：锌优先与稀盐酸反应，0~V₁mL区间固体质量下降速率快，对应锌的反应过程，加入V₁mL稀盐酸时，锌恰好完全反应，剩余固体只有铁，因此剩余固体不含锌，①正确。
2. 验证结论②：铁与稀盐酸反应的产物是氯化亚铁$\ce{FeCl_{2}}$，不会生成$\ce{FeCl_{3}}$，加入$V_2\ \mathrm{mL}$稀盐酸时铁恰好完全反应，溶液中的溶质为$\ce{ZnCl_{2}}$和$\ce{FeCl_{2}}$，②错误。
3. 验证结论③：锌和稀盐酸反应生成氯化锌和氢气、铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，两个反应都是单质和化合物反应生成新单质和新化合物，全部属于置换反应，③正确。
4. 验证结论④：采用极值法计算：
若$m\ \mathrm{g}$固体全部为锌，设生成氢气质量为$x$：
$$\ce{Zn + 2HCl=ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow}$ $$65\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$$m\ \mathrm{g}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x$ $$\frac{65}{2}=\frac{m\ \mathrm{g}}{x} \implies x=\frac{m}{32.5}\ \mathrm{g}$
若$m\ \mathrm{g}$固体全部为铁，设生成氢气质量为$y$：
$$\ce{Fe + 2HCl=FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$ $$56\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$$m\ \mathrm{g}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ y$ $$\frac{56}{2}=\frac{m\ \mathrm{g}}{y} \implies y=\frac{m}{28}\ \mathrm{g}$
由于是锌和铁的混合物，实际生成氢气的质量满足$\frac{m}{32.5}\ \mathrm{g}＜m(\ce{H_2})＜\frac{m}{28}\ \mathrm{g}$，即反应产生氢气的质量一定小于$\frac{m}{28}\ \mathrm{g}$，④正确。
综上①③④说法正确。
【答案】A
【知识点】
金属活动性顺序，置换反应，极值法计算
【点评】
本题结合图像分析金属与酸的分步反应，易错点是混淆铁和稀盐酸的反应产物、不会用极值法判断氢气的质量范围，解题时先根据反应先后顺序对应图像的斜率变化，再逐个验证结论即可快速排除错误选项。
【难度系数】
0.6
这道题的核心是结合金属活动性顺序判断锌、铁和稀盐酸的反应先后顺序，再对应图像的斜率变化逐一验证四个结论：首先已知锌比铁活泼，锌会优先和稀盐酸反应，锌完全消耗后铁才开始反应，对应图像里0到V₁段固体质量下降更快，是锌在反应，V₁之后下降速率变慢，是铁在反应。接下来逐个判断：①V₁点斜率突变，说明锌刚好反应完，剩余固体只有铁，不含锌；②铁和稀盐酸反应生成的是氯化亚铁而非氯化铁，该说法错误；③两个金属和酸的反应都符合置换反应的定义；④用极值法，假设固体全是铁生成氢气质量为m/28 g，全是锌生成氢气质量更小，因此混合物生成的氢气一定小于m/28 g。最后筛选出正确的结论即可得到答案。
【解析】
我们逐一推导四个结论的正误：
1. 验证结论①：锌优先与稀盐酸反应，0~V₁mL区间固体质量下降速率快，对应锌的反应过程，加入V₁mL稀盐酸时，锌恰好完全反应，剩余固体只有铁，因此剩余固体不含锌，①正确。
2. 验证结论②：铁与稀盐酸反应的产物是氯化亚铁$\ce{FeCl_{2}}$，不会生成$\ce{FeCl_{3}}$，加入$V_2\ \mathrm{mL}$稀盐酸时铁恰好完全反应，溶液中的溶质为$\ce{ZnCl_{2}}$和$\ce{FeCl_{2}}$，②错误。
3. 验证结论③：锌和稀盐酸反应生成氯化锌和氢气、铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，两个反应都是单质和化合物反应生成新单质和新化合物，全部属于置换反应，③正确。
4. 验证结论④：采用极值法计算：
若$m\ \mathrm{g}$固体全部为锌，设生成氢气质量为$x$：
$$\ce{Zn + 2HCl=ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow}$ $$65\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$$m\ \mathrm{g}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ x$ $$\frac{65}{2}=\frac{m\ \mathrm{g}}{x} \implies x=\frac{m}{32.5}\ \mathrm{g}$
若$m\ \mathrm{g}$固体全部为铁，设生成氢气质量为$y$：
$$\ce{Fe + 2HCl=FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$ $$56\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 2$
$$m\ \mathrm{g}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ y$ $$\frac{56}{2}=\frac{m\ \mathrm{g}}{y} \implies y=\frac{m}{28}\ \mathrm{g}$
由于是锌和铁的混合物，实际生成氢气的质量满足$\frac{m}{32.5}\ \mathrm{g}＜m(\ce{H_2})＜\frac{m}{28}\ \mathrm{g}$，即反应产生氢气的质量一定小于$\frac{m}{28}\ \mathrm{g}$，④正确。
综上①③④说法正确。
【答案】A
【知识点】
金属活动性顺序，置换反应，极值法计算
【点评】
本题结合图像分析金属与酸的分步反应，易错点是混淆铁和稀盐酸的反应产物、不会用极值法判断氢气的质量范围，解题时先根据反应先后顺序对应图像的斜率变化，再逐个验证结论即可快速排除错误选项。
【难度系数】
0.6
10. 某兴趣小组的同学从实验室收集到一桶含有$\ce{FeSO_{4}}$、$\ce{CuSO_{4}}$的废液，他们想从中回收金属铜和硫酸亚铁固体，设计了如图所示的操作方案，请据此回答下列问题：
（1）固体A中含有________（填化学式，下同），无色气体X为________。
（2）步骤①中反应的化学方程式为________，该反应属于基本反应类型中的________反应。
（3）操作a的名称为________，在该操作中，玻璃棒的作用是________。
（4）理论上所得硫酸亚铁固体的质量________（填“$＞$”“$＜$”或“$=$”）原废液中硫酸亚铁的质量。
（1）固体A中含有________（填化学式，下同），无色气体X为________。
（2）步骤①中反应的化学方程式为________，该反应属于基本反应类型中的________反应。
（3）操作a的名称为________，在该操作中，玻璃棒的作用是________。
（4）理论上所得硫酸亚铁固体的质量________（填“$＞$”“$＜$”或“$=$”）原废液中硫酸亚铁的质量。
答案
10. (1) Fe、Cu $\ce{H_{2}}$ (2) $\ce{Fe + CuSO_{4}=FeSO_{4} + Cu}$ 置换 (3) 过滤 引流 (4) $＞$
〔解析〕(1) 步骤①中加入的铁是过量的,铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,所以固体A中含有铁、铜,铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,无色气体X为$\ce{H_{2}}$。(2) 铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,该反应属于置换反应。(3) 过滤可以将不溶性固体从溶液中分离,所以操作a为过滤,在该操作中玻璃棒的作用为引流。(4) 铁和硫酸铜反应会生成硫酸亚铁,铁与稀硫酸反应也会生成硫酸亚铁,所以理论上所得硫酸亚铁固体的质量大于原废液中硫酸亚铁的质量。
〔解析〕(1) 步骤①中加入的铁是过量的,铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,所以固体A中含有铁、铜,铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,无色气体X为$\ce{H_{2}}$。(2) 铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,该反应属于置换反应。(3) 过滤可以将不溶性固体从溶液中分离,所以操作a为过滤,在该操作中玻璃棒的作用为引流。(4) 铁和硫酸铜反应会生成硫酸亚铁,铁与稀硫酸反应也会生成硫酸亚铁,所以理论上所得硫酸亚铁固体的质量大于原废液中硫酸亚铁的质量。
解析
【分析】
首先明确实验目标是从含$\ce{FeSO_{4}}$、$\ce{CuSO_{4}}$的废液中回收金属铜和硫酸亚铁固体。第一步结合金属活动性顺序思考：步骤①加入过量Fe，Fe的活动性强于Cu，会和$\ce{CuSO_{4}}$发生置换反应生成Cu和$\ce{FeSO_{4}}$，由于Fe是过量的，反应后剩余的固体除了生成的Cu，还有未反应完的Fe，即可推出固体A的成分。接着看步骤②，向固体A加稀硫酸，Cu不与稀硫酸反应，剩余的Fe会和稀硫酸反应生成$\ce{FeSO_{4}}$和氢气，因此气体X为氢气。后续判断操作a：该操作要将固体和溶液分离，对应过滤操作，过滤中玻璃棒的作用是引流。最后判断硫酸亚铁质量：除了原废液中的$\ce{FeSO_{4}}$，铁和硫酸铜、铁和稀硫酸的反应都额外生成了$\ce{FeSO_{4}}$，因此最终得到的硫酸亚铁固体质量大于原废液中的质量。
【解析】
（1）步骤①加入过量铁粉，铁与硫酸铜完全反应生成铜和硫酸亚铁，铁粉有剩余，因此固体A中含有未反应的Fe和生成的Cu；向固体A中加入稀硫酸，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应，因此无色气体X是$\ce{H_{2}}$。
（2）步骤①中铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，化学方程式为$\ce{Fe + CuSO_{4}=FeSO_{4} + Cu}$，该反应是单质和化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，符合置换反应的特征，属于置换反应。
（3）操作a是将不溶性固体和溶液分离开，该操作的名称是过滤，过滤操作中玻璃棒的作用是引流，防止液体洒出。
（4）反应过程中，铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁，铁和稀硫酸反应也生成硫酸亚铁，额外生成了部分硫酸亚铁，因此理论上所得硫酸亚铁固体的质量大于原废液中硫酸亚铁的质量。
【答案】
(1) $\ce{Fe}$、$\ce{Cu}$；$\ce{H_{2}}$
(2) $\ce{Fe + CuSO_{4}=FeSO_{4} + Cu}$；置换
(3) 过滤；引流
(4) $＞$
【知识点】
金属活动性顺序；过滤操作；置换反应
【点评】
本题是典型的化工回收类基础流程题，核心考察金属活动性顺序的实际应用，以及物质分离的基础操作，易错点是容易忽略加入的铁粉过量，错判固体A的成分，部分同学会忘记反应过程中额外生成了硫酸亚铁，误判最终硫酸亚铁的质量。整体难度不大，掌握金属和酸、盐的反应规律即可顺利解题。
【难度系数】
0.8
首先明确实验目标是从含$\ce{FeSO_{4}}$、$\ce{CuSO_{4}}$的废液中回收金属铜和硫酸亚铁固体。第一步结合金属活动性顺序思考：步骤①加入过量Fe，Fe的活动性强于Cu，会和$\ce{CuSO_{4}}$发生置换反应生成Cu和$\ce{FeSO_{4}}$，由于Fe是过量的，反应后剩余的固体除了生成的Cu，还有未反应完的Fe，即可推出固体A的成分。接着看步骤②，向固体A加稀硫酸，Cu不与稀硫酸反应，剩余的Fe会和稀硫酸反应生成$\ce{FeSO_{4}}$和氢气，因此气体X为氢气。后续判断操作a：该操作要将固体和溶液分离，对应过滤操作，过滤中玻璃棒的作用是引流。最后判断硫酸亚铁质量：除了原废液中的$\ce{FeSO_{4}}$，铁和硫酸铜、铁和稀硫酸的反应都额外生成了$\ce{FeSO_{4}}$，因此最终得到的硫酸亚铁固体质量大于原废液中的质量。
【解析】
（1）步骤①加入过量铁粉，铁与硫酸铜完全反应生成铜和硫酸亚铁，铁粉有剩余，因此固体A中含有未反应的Fe和生成的Cu；向固体A中加入稀硫酸，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应，因此无色气体X是$\ce{H_{2}}$。
（2）步骤①中铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，化学方程式为$\ce{Fe + CuSO_{4}=FeSO_{4} + Cu}$，该反应是单质和化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，符合置换反应的特征，属于置换反应。
（3）操作a是将不溶性固体和溶液分离开，该操作的名称是过滤，过滤操作中玻璃棒的作用是引流，防止液体洒出。
（4）反应过程中，铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁，铁和稀硫酸反应也生成硫酸亚铁，额外生成了部分硫酸亚铁，因此理论上所得硫酸亚铁固体的质量大于原废液中硫酸亚铁的质量。
【答案】
(1) $\ce{Fe}$、$\ce{Cu}$；$\ce{H_{2}}$
(2) $\ce{Fe + CuSO_{4}=FeSO_{4} + Cu}$；置换
(3) 过滤；引流
(4) $＞$
【知识点】
金属活动性顺序；过滤操作；置换反应
【点评】
本题是典型的化工回收类基础流程题，核心考察金属活动性顺序的实际应用，以及物质分离的基础操作，易错点是容易忽略加入的铁粉过量，错判固体A的成分，部分同学会忘记反应过程中额外生成了硫酸亚铁，误判最终硫酸亚铁的质量。整体难度不大，掌握金属和酸、盐的反应规律即可顺利解题。
【难度系数】
0.8
11. 易错题 将质量相等的Mg、Al、Zn三种金属分别放入质量和浓度均相等的三份稀硫酸中,反应结束后,生成氢气的质量关系不可能是 (
C
)答案
11. C 如果金属都过量,那么生成氢气的质量取决于稀硫酸的质量,由于三份稀硫酸的质量和浓度均相等,因此生成氢气的质量相等,A有可能。如果稀硫酸过量,那么生成氢气的质量取决于金属的质量,镁、铝、锌和稀硫酸反应的化学方程式及质量关系如下:
$\ce{Mg + H_{2}SO_{4}=MgSO_{4} + H_{2}\uparrow}$
24 98 2
$\ce{2Al + 3H_{2}SO_{4}=Al_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}\uparrow}$
$2×27$ $3×98$ $3×2$
$\ce{Zn + H_{2}SO_{4}=ZnSO_{4} + H_{2}\uparrow}$
65 98 2
由以上质量关系可知,相等质量的金属完全反应时,铝反应生成氢气的质量最大,锌反应生成氢气的质量最小,B有可能。相等质量的金属完全反应时,锌消耗的稀硫酸最少,如果镁、锌反应生成氢气的质量相等,那么稀硫酸不足,Mg、Al、Zn三种金属生成氢气的质量应相等,C不可能。如果镁、铝反应生成氢气的质量相等,那么可能是稀硫酸恰好与镁完全反应,锌消耗的稀硫酸少,则锌生成氢气的质量小,D有可能。
易错警示
金属与酸反应产生氢气的质量大小的判断
(金属以镁、铝、锌、铁为例,酸以稀盐酸、稀硫酸为例)
(1) 等质量的不同金属与足量的酸充分反应后生成氢气的质量为铝$＞$镁$＞$铁$＞$锌。(一般规律:等价金属产生氢气的质量与金属的相对原子质量成反比,铝换算成$+2$价,其相对原子质量相当于18)
(2) 足量的金属与等质量、等浓度的酸充分反应后产生氢气的质量相等。
$\ce{Mg + H_{2}SO_{4}=MgSO_{4} + H_{2}\uparrow}$
24 98 2
$\ce{2Al + 3H_{2}SO_{4}=Al_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}\uparrow}$
$2×27$ $3×98$ $3×2$
$\ce{Zn + H_{2}SO_{4}=ZnSO_{4} + H_{2}\uparrow}$
65 98 2
由以上质量关系可知,相等质量的金属完全反应时,铝反应生成氢气的质量最大,锌反应生成氢气的质量最小,B有可能。相等质量的金属完全反应时,锌消耗的稀硫酸最少,如果镁、锌反应生成氢气的质量相等,那么稀硫酸不足,Mg、Al、Zn三种金属生成氢气的质量应相等,C不可能。如果镁、铝反应生成氢气的质量相等,那么可能是稀硫酸恰好与镁完全反应,锌消耗的稀硫酸少,则锌生成氢气的质量小,D有可能。
易错警示
金属与酸反应产生氢气的质量大小的判断
(金属以镁、铝、锌、铁为例,酸以稀盐酸、稀硫酸为例)
(1) 等质量的不同金属与足量的酸充分反应后生成氢气的质量为铝$＞$镁$＞$铁$＞$锌。(一般规律:等价金属产生氢气的质量与金属的相对原子质量成反比,铝换算成$+2$价,其相对原子质量相当于18)
(2) 足量的金属与等质量、等浓度的酸充分反应后产生氢气的质量相等。
解析
【分析】
我们可以通过分情况讨论的思路来解题：首先明确反应的两个极端场景，再推导中间过渡场景的可能性：第一步先判断金属全部过量、酸完全反应的情况，此时氢气质量由等质量等浓度的稀硫酸决定，生成氢气质量全部相等；第二步判断酸全部过量、金属完全反应的情况，通过化学方程式的质量关系计算等质量的Mg、Al、Zn生成氢气的大小顺序；第三步再结合三种金属消耗酸的能力差异，讨论酸的量处于不同区间时的氢气质量关系，逐一验证四个选项是否存在可能性，最终找出不可能的选项。
【解析】
我们分三类场景逐一分析：
1. 场景一：三种金属都过量，稀硫酸完全反应
生成氢气的质量由参与反应的硫酸质量决定，由于三份稀硫酸的质量、浓度完全相等，因此最终生成氢气的质量完全相等，对应选项A的情况是可能的。
2. 场景二：三份稀硫酸都过量，三种金属完全反应
写出三个反应的质量对应关系：
$\ce{Mg + H_{2}SO_{4}=MgSO_{4} + H_{2}\uparrow}$，每24份质量的Mg生成2份质量的$\ce{H_{2}}$；
$\ce{2Al + 3H_{2}SO_{4}=Al_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}\uparrow}$，每54份质量的Al生成6份质量的$\ce{H_{2}}$；
$\ce{Zn + H_{2}SO_{4}=ZnSO_{4} + H_{2}\uparrow}$，每65份质量的Zn生成2份质量的$\ce{H_{2}}$；
由此可得等质量的三种金属完全反应，生成氢气的质量关系为：$\ce{Al ＞ Mg ＞ Zn}$，对应选项B的情况是可能的。
3. 场景三：酸的量处于中间区间
三种金属消耗硫酸的能力：$\ce{Al ＞ Mg ＞ Zn}$，若稀硫酸的质量介于“恰好完全消耗Zn”和“恰好完全消耗Mg”之间时，Zn已经完全反应生成的氢气质量更小，而Mg、Al仍有剩余，酸完全反应，因此Mg、Al生成的氢气质量相等且大于Zn生成的氢气，对应选项D的情况是可能的。
若出现Mg和Zn生成氢气质量相等的情况，说明稀硫酸的量不足，Mg都没有被完全消耗，那么消耗酸能力更强的Al必然也过量，此时三份酸都完全反应，三种金属生成的氢气质量必然全部相等，不可能出现Al生成氢气质量远大于Mg、Zn的情况，因此C不可能。
【答案】
C
【知识点】
金属与酸反应，氢气质量计算，过量分析
【点评】
本题是金属与酸反应的经典易错题，容易陷入只考虑“金属全过量”或“酸全过量”两种极端情况的误区，解题时需要结合不同金属的耗酸能力差异，对酸的质量区间做完整的分段讨论，逐一验证每种情况的合理性，才能排除所有可能的情况得到正确答案。
【难度系数】
0.4
我们可以通过分情况讨论的思路来解题：首先明确反应的两个极端场景，再推导中间过渡场景的可能性：第一步先判断金属全部过量、酸完全反应的情况，此时氢气质量由等质量等浓度的稀硫酸决定，生成氢气质量全部相等；第二步判断酸全部过量、金属完全反应的情况，通过化学方程式的质量关系计算等质量的Mg、Al、Zn生成氢气的大小顺序；第三步再结合三种金属消耗酸的能力差异，讨论酸的量处于不同区间时的氢气质量关系，逐一验证四个选项是否存在可能性，最终找出不可能的选项。
【解析】
我们分三类场景逐一分析：
1. 场景一：三种金属都过量，稀硫酸完全反应
生成氢气的质量由参与反应的硫酸质量决定，由于三份稀硫酸的质量、浓度完全相等，因此最终生成氢气的质量完全相等，对应选项A的情况是可能的。
2. 场景二：三份稀硫酸都过量，三种金属完全反应
写出三个反应的质量对应关系：
$\ce{Mg + H_{2}SO_{4}=MgSO_{4} + H_{2}\uparrow}$，每24份质量的Mg生成2份质量的$\ce{H_{2}}$；
$\ce{2Al + 3H_{2}SO_{4}=Al_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}\uparrow}$，每54份质量的Al生成6份质量的$\ce{H_{2}}$；
$\ce{Zn + H_{2}SO_{4}=ZnSO_{4} + H_{2}\uparrow}$，每65份质量的Zn生成2份质量的$\ce{H_{2}}$；
由此可得等质量的三种金属完全反应，生成氢气的质量关系为：$\ce{Al ＞ Mg ＞ Zn}$，对应选项B的情况是可能的。
3. 场景三：酸的量处于中间区间
三种金属消耗硫酸的能力：$\ce{Al ＞ Mg ＞ Zn}$，若稀硫酸的质量介于“恰好完全消耗Zn”和“恰好完全消耗Mg”之间时，Zn已经完全反应生成的氢气质量更小，而Mg、Al仍有剩余，酸完全反应，因此Mg、Al生成的氢气质量相等且大于Zn生成的氢气，对应选项D的情况是可能的。
若出现Mg和Zn生成氢气质量相等的情况，说明稀硫酸的量不足，Mg都没有被完全消耗，那么消耗酸能力更强的Al必然也过量，此时三份酸都完全反应，三种金属生成的氢气质量必然全部相等，不可能出现Al生成氢气质量远大于Mg、Zn的情况，因此C不可能。
【答案】
C
【知识点】
金属与酸反应，氢气质量计算，过量分析
【点评】
本题是金属与酸反应的经典易错题，容易陷入只考虑“金属全过量”或“酸全过量”两种极端情况的误区，解题时需要结合不同金属的耗酸能力差异，对酸的质量区间做完整的分段讨论，逐一验证每种情况的合理性，才能排除所有可能的情况得到正确答案。
【难度系数】
0.4
