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1. 某项目化学习小组围绕废旧金属的回收利用开展了项目化学习。
任务一:认识日常生活中的废旧金属
常见金属废弃物主要来自工业生产、废旧设备等。下表是几种常见金属废弃物及其所含的主要金属元素。
| 常见金属废弃物 | 废旧汽车 | 废旧家电 | 废旧建筑材料 | 废旧电缆 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 含有的主要金属元素 | 铁、铝、铜、锌、铅 | 铁、铜、铝、铅 | 铁、铝、铜、锌 | 铜、铝、铅 |
（1）废旧金属中含有铁元素的材料多为钢或生铁。生铁和钢的性能不同的主要原因是
（2）电缆中常用铜作导线，这主要是利用了铜的
任务二:调查废旧金属产生的原因
这些暂时失去使用价值的金属或合金可能是由于腐蚀、损坏、自然淘汰或技术更新等原因而被废弃的。小组同学对钢铁锈蚀的原因进行了探究。
（3）取四枚相同的洁净铁钉，分别放入试管中，进行如图甲所示的实验，一段时间后发现 A、D 试管内的铁钉锈蚀，且 D 试管内的铁钉有较厚铁锈。B、C 试管内的铁钉无明显变化（注：氯化钙固体用于除去试管内的水蒸气）。
① 对比 A、B 试管中的实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中的
② 对比 A、D 试管中的实验现象，说明铁锈蚀还与
任务三:调查金属废弃物的去向及再生产工业
（4）某废电路板中主要含铜，还含少量铝、铁、金等金属。为回收其中的铜、金，进行了如图乙所示的实验$\ce{Cu + H_{2}O_{2} + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + 2H_{2}O}$；本实验条件下，金不发生反应）。
① 滤液 A 中物质除$\ce{Al_{2}(SO_{4})_{3}}$，还含有的物质的化学式为
② 滤渣 F 的成分是
③ 过程Ⅲ中加入过量铁粉的目的是
任务一:认识日常生活中的废旧金属
常见金属废弃物主要来自工业生产、废旧设备等。下表是几种常见金属废弃物及其所含的主要金属元素。
| 常见金属废弃物 | 废旧汽车 | 废旧家电 | 废旧建筑材料 | 废旧电缆 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 含有的主要金属元素 | 铁、铝、铜、锌、铅 | 铁、铜、铝、铅 | 铁、铝、铜、锌 | 铜、铝、铅 |
（1）废旧金属中含有铁元素的材料多为钢或生铁。生铁和钢的性能不同的主要原因是
含碳量不同
。铁轨材料用钢而不用纯铁，原因是钢的强度和硬度比纯铁大
（填“大”或“小”）。（2）电缆中常用铜作导线，这主要是利用了铜的
导电
性。任务二:调查废旧金属产生的原因
这些暂时失去使用价值的金属或合金可能是由于腐蚀、损坏、自然淘汰或技术更新等原因而被废弃的。小组同学对钢铁锈蚀的原因进行了探究。
（3）取四枚相同的洁净铁钉，分别放入试管中，进行如图甲所示的实验，一段时间后发现 A、D 试管内的铁钉锈蚀，且 D 试管内的铁钉有较厚铁锈。B、C 试管内的铁钉无明显变化（注：氯化钙固体用于除去试管内的水蒸气）。
① 对比 A、B 试管中的实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中的
氧气
发生化学反应。② 对比 A、D 试管中的实验现象，说明铁锈蚀还与
NaCl
有关。任务三:调查金属废弃物的去向及再生产工业
（4）某废电路板中主要含铜，还含少量铝、铁、金等金属。为回收其中的铜、金，进行了如图乙所示的实验$\ce{Cu + H_{2}O_{2} + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + 2H_{2}O}$；本实验条件下，金不发生反应）。
① 滤液 A 中物质除$\ce{Al_{2}(SO_{4})_{3}}$，还含有的物质的化学式为
FeSO₄
、H₂SO₄
。（除水外）② 滤渣 F 的成分是
Fe、Cu
（填化学式）。③ 过程Ⅲ中加入过量铁粉的目的是
把滤液C中的铜完全置换出来
。答案
1.（1）含碳量不同 大 （2）导电 （3）① 氧气
② NaCl （4）① FeSO₄ H₂SO₄ ② Fe、Cu ③ 把滤液C中的铜完全置换出来
〔解析〕（1）常见的铁合金有生铁和钢，生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%，两者性能不同的主要原因是含碳量不同。合金的强度和硬度比组成它的纯金属大，钢是铁的合金，其强度和硬度比纯铁大。（2）铜具有良好的导电性，常用作导线。（3）① 由图甲可知，A试管中的铁钉与水和氧气同时接触，铁钉生锈；B试管中的铁钉浸泡在无氧蒸馏水中并用植物油隔绝空气，铁钉无明显变化。两者对比说明铁锈蚀主要是与空气中的氧气发生化学反应。② A试管中的铁钉有一部分暴露在空气中，另一部分浸泡在水中；D试管中的铁钉有一部分浸泡在用无氧蒸馏水配制的饱和NaCl溶液中，另一部分暴露在空气中。一段时间后发现A、D试管内铁钉锈蚀，且D试管内的铁钉有较厚铁锈，说明铁锈蚀还与氯化钠有关。
（4）① 废电路板中主要含有铜，还含有少量铝、铁、金等金属，加入过量稀硫酸，铝和稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜、金和稀硫酸不反应，稀硫酸过量，故滤液A中（除水外）的物质有Al₂(SO₄)₃、FeSO₄、H₂SO₄。② 滤渣B中含铜、金，向滤渣B中加入适量稀硫酸和过氧化氢溶液，根据题干信息可知，铜、过氧化氢和硫酸反应生成硫酸铜和水，故滤液C中含有硫酸铜，向滤液C中加入过量铁粉，铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁过量，故滤渣F为Cu、Fe。③ 由以上分析可知，过程Ⅲ中加入过量铁粉的目的是把滤液C中的铜完全置换出来。
② NaCl （4）① FeSO₄ H₂SO₄ ② Fe、Cu ③ 把滤液C中的铜完全置换出来
〔解析〕（1）常见的铁合金有生铁和钢，生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%，两者性能不同的主要原因是含碳量不同。合金的强度和硬度比组成它的纯金属大，钢是铁的合金，其强度和硬度比纯铁大。（2）铜具有良好的导电性，常用作导线。（3）① 由图甲可知，A试管中的铁钉与水和氧气同时接触，铁钉生锈；B试管中的铁钉浸泡在无氧蒸馏水中并用植物油隔绝空气，铁钉无明显变化。两者对比说明铁锈蚀主要是与空气中的氧气发生化学反应。② A试管中的铁钉有一部分暴露在空气中，另一部分浸泡在水中；D试管中的铁钉有一部分浸泡在用无氧蒸馏水配制的饱和NaCl溶液中，另一部分暴露在空气中。一段时间后发现A、D试管内铁钉锈蚀，且D试管内的铁钉有较厚铁锈，说明铁锈蚀还与氯化钠有关。
（4）① 废电路板中主要含有铜，还含有少量铝、铁、金等金属，加入过量稀硫酸，铝和稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜、金和稀硫酸不反应，稀硫酸过量，故滤液A中（除水外）的物质有Al₂(SO₄)₃、FeSO₄、H₂SO₄。② 滤渣B中含铜、金，向滤渣B中加入适量稀硫酸和过氧化氢溶液，根据题干信息可知，铜、过氧化氢和硫酸反应生成硫酸铜和水，故滤液C中含有硫酸铜，向滤液C中加入过量铁粉，铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁过量，故滤渣F为Cu、Fe。③ 由以上分析可知，过程Ⅲ中加入过量铁粉的目的是把滤液C中的铜完全置换出来。
解析
【分析】
这道题围绕废旧金属回收的项目化情境展开，我们可以分三个任务逐步拆解思考：
1. 任务一首先回忆铁合金的相关知识：生铁和钢都是铁碳合金，性能差异的核心原因是含碳量不同，合金的硬度、强度普遍高于组成它的纯金属，再结合铜作导线的用途对应其物理性质即可作答。
2. 任务二是铁锈蚀的探究实验，采用控制变量法分析：对比A、B试管，B中植物油隔绝了氧气，其他条件和A一致，只有A中铁钉生锈，说明变量氧气是铁锈蚀的反应物；再对比A、D试管，唯一变量是A中是水、D中是饱和氯化钠溶液，D中铁钉锈蚀更严重，说明氯化钠会加速铁的锈蚀。
3. 任务三的回收流程分析：第一步向电路板粉末加过量稀硫酸，铝、铁都能和稀硫酸反应生成对应的硫酸盐，铜、金不反应，加上稀硫酸过量，就能推出滤液A的成分；第二步铜在H₂O₂和稀硫酸作用下溶解为硫酸铜，金不溶成为滤渣D，向含硫酸铜的滤液C加过量铁粉，铁会置换出铜，铁粉剩余，因此滤渣F是生成的铜和剩余的铁，加入过量铁粉的目的就是确保溶液里的铜离子被完全置换，提升铜的回收率。
【解析】
（1）生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%，二者性能不同的核心原因是含碳量不同；合金的强度和硬度比组成它的纯金属更大，因此钢的强度和硬度远大于纯铁，适合作为铁轨材料。
（2）铜具有优良的导电性，因此常用作电缆导线。
（3）① A试管中铁钉同时接触水和氧气发生锈蚀，B试管中蒸馏水无氧、上层植物油隔绝氧气，铁钉只接触水不接触氧气，没有锈蚀，对比可知铁锈蚀主要是与空气中的氧气发生化学反应。
② A试管铁钉接触水和氧气，D试管铁钉接触饱和NaCl溶液和氧气，D中铁钉锈蚀更严重，说明铁锈蚀还与NaCl（氯化钠）有关，氯化钠会加速铁的锈蚀。
（4）① 电路板中的铝、铁都能和过量稀硫酸反应，分别生成Al₂(SO₄)₃和FeSO₄，由于稀硫酸过量，因此滤液A除水外，除Al₂(SO₄)₃外，还含有生成的FeSO₄和剩余的H₂SO₄。
② 滤液C中含有反应生成的CuSO₄，加入过量铁粉后，铁和硫酸铜反应生成Cu和FeSO₄，铁粉有剩余，因此滤渣F的成分为Fe、Cu。
③ 加入过量铁粉可以保证滤液C中的硫酸铜完全反应，把铜元素全部置换为铜单质，确保铜被充分回收。
【答案】
（1）含碳量不同；大
（2）导电
（3）① 氧气 ② NaCl
（4）① $\ce{FeSO_{4}}$；$\ce{H_{2}SO_{4}}$ ② $\ce{Fe}$、$\ce{Cu}$ ③ 把滤液C中的铜完全置换出来
【知识点】
铁合金性质、铁锈蚀条件探究、金属置换反应
【点评】
本题结合废旧金属回收的真实项目化情境，串联了金属的性质、锈蚀条件探究、化工回收流程等核心考点，侧重考察控制变量法的实验分析能力，以及对化工流程中过量试剂作用的理解，整体贴近生活，难度适中，能帮助学生建立用化学知识解决实际回收问题的思维。
【难度系数】
0.8
这道题围绕废旧金属回收的项目化情境展开，我们可以分三个任务逐步拆解思考：
1. 任务一首先回忆铁合金的相关知识：生铁和钢都是铁碳合金，性能差异的核心原因是含碳量不同，合金的硬度、强度普遍高于组成它的纯金属，再结合铜作导线的用途对应其物理性质即可作答。
2. 任务二是铁锈蚀的探究实验，采用控制变量法分析：对比A、B试管，B中植物油隔绝了氧气，其他条件和A一致，只有A中铁钉生锈，说明变量氧气是铁锈蚀的反应物；再对比A、D试管，唯一变量是A中是水、D中是饱和氯化钠溶液，D中铁钉锈蚀更严重，说明氯化钠会加速铁的锈蚀。
3. 任务三的回收流程分析：第一步向电路板粉末加过量稀硫酸，铝、铁都能和稀硫酸反应生成对应的硫酸盐，铜、金不反应，加上稀硫酸过量，就能推出滤液A的成分；第二步铜在H₂O₂和稀硫酸作用下溶解为硫酸铜，金不溶成为滤渣D，向含硫酸铜的滤液C加过量铁粉，铁会置换出铜，铁粉剩余，因此滤渣F是生成的铜和剩余的铁，加入过量铁粉的目的就是确保溶液里的铜离子被完全置换，提升铜的回收率。
【解析】
（1）生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%，二者性能不同的核心原因是含碳量不同；合金的强度和硬度比组成它的纯金属更大，因此钢的强度和硬度远大于纯铁，适合作为铁轨材料。
（2）铜具有优良的导电性，因此常用作电缆导线。
（3）① A试管中铁钉同时接触水和氧气发生锈蚀，B试管中蒸馏水无氧、上层植物油隔绝氧气，铁钉只接触水不接触氧气，没有锈蚀，对比可知铁锈蚀主要是与空气中的氧气发生化学反应。
② A试管铁钉接触水和氧气，D试管铁钉接触饱和NaCl溶液和氧气，D中铁钉锈蚀更严重，说明铁锈蚀还与NaCl（氯化钠）有关，氯化钠会加速铁的锈蚀。
（4）① 电路板中的铝、铁都能和过量稀硫酸反应，分别生成Al₂(SO₄)₃和FeSO₄，由于稀硫酸过量，因此滤液A除水外，除Al₂(SO₄)₃外，还含有生成的FeSO₄和剩余的H₂SO₄。
② 滤液C中含有反应生成的CuSO₄，加入过量铁粉后，铁和硫酸铜反应生成Cu和FeSO₄，铁粉有剩余，因此滤渣F的成分为Fe、Cu。
③ 加入过量铁粉可以保证滤液C中的硫酸铜完全反应，把铜元素全部置换为铜单质，确保铜被充分回收。
【答案】
（1）含碳量不同；大
（2）导电
（3）① 氧气 ② NaCl
（4）① $\ce{FeSO_{4}}$；$\ce{H_{2}SO_{4}}$ ② $\ce{Fe}$、$\ce{Cu}$ ③ 把滤液C中的铜完全置换出来
【知识点】
铁合金性质、铁锈蚀条件探究、金属置换反应
【点评】
本题结合废旧金属回收的真实项目化情境，串联了金属的性质、锈蚀条件探究、化工回收流程等核心考点，侧重考察控制变量法的实验分析能力，以及对化工流程中过量试剂作用的理解，整体贴近生活，难度适中，能帮助学生建立用化学知识解决实际回收问题的思维。
【难度系数】
0.8
