例3 (2024·四川巴中改编)回收利用废旧金属既可以保护环境，又能节约资源和能源。回收$1\ \mathrm{t}$废钢铁可炼得$0.9\ \mathrm{t}$好钢，与用矿石冶炼相比，可节省大约一半的成本。某实验小组设计了如图实验装置，利用烘干后的生锈铁粉样品模拟回收铁的过程。请回答下列问题。

【查阅资料】① 氢气具有还原性；② 浓硫酸具有吸水性。
主要实验步骤：① 连接装置，检查装置的气密性；② 向装置A的硬质玻璃管中加入一定质量的上述样品；③ 先通入一段时间${H_{2}}$，称得反应前装置B的质量为$m_{1}$；④ 点燃酒精喷灯，加热；⑤ 待完全反应后，停止加热，继续通入一段时间${H_{2}}$；⑥ 称得装置B的质量为$m_{2}$。
(1) 铁粉与空气中的反应生成铁锈。
(2) 装置B的作用是。
(3) 步骤③中先通入一段时间${H_{2}}$的目的是。
(4) 计算该反应生成${Fe}$的质量为(填化简后的表达式)。

3. (1) 氧气和水(或O₂、H₂O) (2) 吸收反应生成的水蒸气 (3) 排出装置内的空气,防止加热时发生爆炸 (4) $\frac{56(m_{2}-m_{1})}{27}$
解析:(4)铁锈的主要成分是氧化铁,氢气与氧化铁在高温条件下反应生成铁和水,浓硫酸具有吸水性,因此装置B增加的质量为生成水的质量,即$m_{2}-m_{1}$,设生成铁的质量为$x$。
${Fe_{2}O_{3} +3H_{2}\xlongequal{高温}2Fe +3H_{2}O}$
112 54
$x$ $m_{2}-m_{1}$
$\frac{112}{54}=\frac{x}{m_{2}-m_{1}}$ $x=\frac{56(m_{2}-m_{1})}{27}$
故该反应生成铁的质量为$\frac{56(m_{2}-m_{1})}{27}$。

4. 钛合金有良好的耐热强度、低温韧性。生产金属钛的步骤主要有：① 在高温下，向金红石(含${TiO_{2}}$)与焦炭的混合物中通入氯气，得到${TiCl_{4}}$和一种可燃性气体；② 在稀有气体环境和加热条件下，用${Mg}$与${TiCl_{4}}$反应得到${Ti}$和${MgCl_{2}}$。下列说法不正确的是()

A.①中的反应为${TiO_{2} + 2C + 2Cl_{2}\xlongequal{\mathrm{高温}}TiCl_{4} + 2CO}$
B.反应②中稀有气体的作用是防止${Mg}$与空气反应
C.可用反应①产生的气体冶炼金属
D.反应①②中的钛元素化合价均未发生改变

4. D

5. (2025·广东深圳节选)铜具有重要战略价值。古代以黄铜矿(其主要成分为${CuFeS_{2}}$)为原料，运用火法炼铜工艺得到铜。现代在火法炼铜工艺的基础上发展出闪速炼铜工艺。对比二者原理如图。

(1) “闪速炼铜”速率远快于“火法炼铜”，由此可知，炼铜需要将黄铜矿颗粒研磨得更细。
(2) 火法炼铜中，持续向${Cu_{2}S}$中鼓入空气并维持高温状态，这说明反应（填“吸收”或“放出”）热量，反应的化学方程式为。
(3) 火法炼铜中，炉渣${FeSiO_{3}}$是由2种物质化合生成的，请写出沙子提供的物质：(填化学式)。
(4) 对比火法炼铜，闪速炼铜的优势有(填字母)。
a. 高温更少，节约能源
b. 原料更少，节省成本
c. 无污染

5. (1) 闪速 (2) 吸收 ${Cu_{2}S +O_{2}\xlongequal{高温}2Cu +SO_{2}}$
(3) ${SiO_{2}}$ (4) ab