4-2 常见金属单质及其化合物 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题四 常见无机物及其应用 第二节 常见金属单质及其化合物 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列金属单质中，常用于制造电线、电缆的是（ ） A. 铁 B. 铜 C. 铝 D. 锌 2. 加工制造中，金属表面电镀锌的主要目的是（ ） A. 增强金属的导电性 B. 防止金属被腐蚀 C. 提高金属的硬度 D. 增加金属的密度 3. 下列关于铁的化合物的性质，说法正确的是（ ） A. 氧化铁（Fe₂O₃）是黑色固体，俗称磁性氧化铁 B. 氯化铁（FeCl₃）溶液呈黄色，可用于印刷电路板蚀刻 C. 氢氧化亚铁（Fe(OH)₂）是红褐色沉淀 D. 硫酸亚铁（FeSO₄）溶液能使KSCN溶液变红 4. 下列金属单质中，不能与稀盐酸反应产生氢气的是（ ） A. 锌 B. 铁 C. 铜 D. 铝 5. 加工制造中，用于焊接钢轨的铝热反应，利用了铝的哪种性质（ ） A. 导电性 B. 延展性 C. 还原性 D. 导热性 6. 下列关于氧化铝（Al₂O₃）的说法，错误的是（ ） A. 氧化铝是两性氧化物，既能与酸反应，又能与碱反应 B. 氧化铝熔点高，可用于制造耐高温材料 C. 氧化铝是金属铝表面的保护膜，能阻止铝进一步氧化 D. 氧化铝能溶于水生成氢氧化铝 7. 加工制造中，用硫酸铜溶液进行电镀铜时，阴极的反应是（ ） A. Cu 2e⁻ = Cu²⁺ B. Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu C. 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ D. 2H₂O 4e⁻ = O₂↑ + 4H⁺ 8. 下列反应中，属于金属单质与盐溶液反应的是（ ） A. 铁与稀硫酸反应 B. 铜与硝酸银溶液反应 C. 铝与氧气反应 D. 氧化铁与盐酸反应 9. 加工制造中，除去金属表面的铁锈（Fe₂O₃），可选用的试剂是（ ） A. 氯化钠溶液 B. 稀硫酸 C. 氢氧化钠溶液 D. 碳酸钠溶液 10. 下列关于金属活动性顺序的应用，说法正确的是（ ） A. 活动性强的金属一定能置换出活动性弱的金属盐溶液中的金属 B. 金属活动性顺序可用于判断金属与酸能否反应产生氢气 C. 金属活动性顺序中，铜位于铁之后，因此铜不能与任何盐溶液反应 D. 金属活动性顺序表中，越靠前的金属，其氧化物越易被还原 11. 加工制造中，下列金属化合物的应用错误的是（ ） A. 氯化铁溶液用于印刷电路板的蚀刻 B. 碳酸钙用于制造建筑材料 C. 硫酸铝用于废水处理 D. 氢氧化铜用于制造电线 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 常见的金属单质有______、______、______等，它们具有金属光泽、良好的______性、______性和延展性，是加工制造的重要原料。 2. 铁的氧化物主要有______（FeO）、（Fe₂O₃）和（Fe₃O₄），其中______是铁锈的主要成分，常用稀盐酸或稀硫酸除去。 3. 铝是地壳中含量最多的金属元素，铝的化学性质活泼，但常温下能在空气中形成一层致密的______薄膜，阻止铝进一步氧化，因此铝具有良好的______性。 4. 加工制造中，电镀铜的电镀液常用______溶液，电镀时，阳极发生______反应，阴极发生______反应，最终在镀件表面析出均匀的铜镀层。 5. 金属活动性顺序表（由强到弱）：K、Ca、Na、______、Al、Zn、______、Sn、Pb、(H)、______、Hg、Ag、Pt、Au，该顺序可用于判断金属与酸、盐溶液的反应能否发生。 6. 氢氧化铁（Fe(OH)₃）是______色沉淀，受热易分解；氢氧化铜（Cu(OH)₂）是______色沉淀，常用于检验醛基。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 所有金属单质都能与氧气反应生成金属氧化物。（ ） 2. 铁在潮湿的空气中易生锈，铁锈的主要成分是Fe₃O₄。（ ） 3. 铝热反应是放热反应，可用于焊接钢轨和冶炼难熔金属。（ ） 4. 电镀时，镀件应作阴极，镀层金属应作阳极。（ ） 5. 金属活动性顺序中，位于氢前面的金属能与所有酸反应产生氢气。（ ） 6. 氯化铁溶液与铜反应的离子方程式为2Fe³⁺ + Cu = 2Fe²⁺ + Cu²⁺，可用于印刷电路板加工。（ ） 7. 氢氧化铝是两性氢氧化物，既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应。（ ） 8. 铜能与稀硫酸反应生成硫酸铜和氢气。（ ） 9. 加工制造中，金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，可通过电镀、涂漆等方法防护。（ ） 二、提升题（共30分） （一）实验设计题（10分） 加工制造中，需验证金属的活动性顺序（Fe、Cu、Ag）及铁的吸氧腐蚀，设计实验方案如下： 1. 实验目的：① 探究Fe、Cu、Ag的金属活动性顺序；② 验证铁的吸氧腐蚀； 2. 实验原理：① 金属活动性强的金属能置换出盐溶液中活动性弱的金属；② 铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致密闭容器内压强减小； 3. 所需仪器和药品： 仪器：______、______、______、______、______； 药品：铁钉、铜丝、银丝、稀盐酸、CuSO₄溶液、AgNO₃溶液、蒸馏水、试管、橡皮塞、导管、烧杯、红墨水； 4. 实验步骤： ① 探究金属活动性顺序： 取2支试管，分别标记为A、B； 向A试管中加入10mL CuSO₄溶液，插入打磨干净的铁钉，观察现象：铁钉表面______，溶液颜色由蓝色变为______色； 向B试管中加入10mL AgNO₃溶液，插入打磨干净的铜丝，观察现象：铜丝表面______，溶液颜色由无色变为______色； 另取1支试管，加入10mL稀盐酸，插入银丝，观察现象：______； ② 验证铁的吸氧腐蚀： 取1支试管，加入少量蒸馏水，放入1枚铁钉，使铁钉部分浸入水中； 用橡皮塞塞紧试管口，导管一端插入试管内，另一端浸入盛有红墨水的烧杯中； 放置一段时间后，观察现象：______； 5. 实验现象与结论： ① 金属活动性顺序：由实验A、B现象可知，活动性______>______>______； ② 吸氧腐蚀：红墨水沿导管上升，证明铁发生吸氧腐蚀，消耗试管内______，导致压强______； 6. 注意事项： ① 金属表面需打磨干净，除去氧化膜，避免影响反应； ② 吸氧腐蚀实验需保证装置密封良好，否则无法观察到明显现象； 7. 拓展应用：加工制造中，如何利用金属活动性顺序选择电镀镀层金属？举例说明。 （二）分析题（10分） 1. 加工制造中，钢铁制品在潮湿环境中易生锈，分析铁生锈的原因，提出三种防止钢铁生锈的方法，说明原理； 2. 电镀铜时，电镀液为CuSO₄溶液，若电镀液中混入Fe²⁺杂质，会影响镀层质量。分析Fe²⁺杂质的来源，提出除去Fe²⁺的方法，写出相关反应的离子方程式； 3. 铝是重要的加工制造原料，分析铝制品不能用钢丝球擦洗的原因，说明铝与稀盐酸、氢氧化钠溶液反应的差异，写出相关化学方程式。 （三）计算题（10分） 1. 加工制造中，用铁钉与CuSO₄溶液反应制备铜单质，反应的化学方程式为Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu。若用5.6g铁钉（Fe摩尔质量56g/mol）完全反应，计算： （1）参与反应的CuSO₄的物质的量； （2）生成Cu的质量； （3）若所用CuSO₄溶液的浓度为0.5mol/L，需要该溶液的体积（写出计算过程）； 2. 工业上用铝热反应焊接钢轨，反应的化学方程式为2Al + Fe₂O₃=Al₂O₃ + 2Fe。若焊接一根钢轨需要11.2kg Fe（Fe摩尔质量56g/mol），计算： （1）需要Al的质量（Al摩尔质量27g/mol）； （2）需要Fe₂O₃的物质的量（Fe₂O₃摩尔质量160g/mol）； （3）若铝的利用率为90%，实际需要铝的质量（写出计算过程）； 3. 电镀铜时，阴极析出铜的质量为3.2g（Cu摩尔质量64g/mol），假设电镀过程中无副反应，计算： （1）转移电子的物质的量； （2）阳极消耗铜的质量； （3）若电镀时间为1小时，通过电解池的电流强度（电流强度I=Q/t，Q=neF，F=96500C/mol，1小时=3600s）（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. B 3. B 4. C 5. C 6. D 7. B 8. B 9. B 10. B 11. D （二）填空题 1. 铁（Fe）；铜（Cu）；铝（Al）；导电；导热 2. 氧化亚铁；氧化铁（或三氧化二铁）；四氧化三铁；氧化铁（或Fe₂O₃） 3. 氧化铝（Al₂O₃）；抗腐蚀（或耐腐蚀） 4. 硫酸铜（CuSO₄）；氧化；还原 5. Mg；Fe；Cu 6. 红褐；蓝 （三）判断题 1. √ 2. × 3. √ 4. √ 5. × 6. √ 7. √ 8. × 9. √ 二、提升题 （一）实验设计题 3. 仪器：试管；烧杯；导管；橡皮塞；镊子（或坩埚钳） 4. 实验步骤： ① 析出红色固体；浅绿；析出银白色固体；蓝；无明显现象； ② 红墨水沿导管进入试管； 5. 实验现象与结论： ① Fe；Cu；Ag； ② 氧气；减小； 6. 拓展应用：选择镀层金属时，需保证镀层金属能有效保护镀件金属。若选择活动性比镀件强的金属（如钢铁制品电镀锌），镀层破损时，镀层金属先被腐蚀，镀件金属得到保护；若选择活动性与镀件相近的金属（如钢铁制品电镀铜），可形成致密镀层隔绝空气和水，防止镀件腐蚀。例如，锌的活动性比铁强，钢铁制品电镀锌后，即使镀层破损，锌优先被氧化，保护铁不生锈。 （二）分析题 1. 生锈原因：钢铁在潮湿空气中形成原电池，铁作负极发生氧化反应（Fe 2e⁻ = Fe²⁺），正极发生吸氧还原反应（O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻），Fe²⁺与OH⁻结合生成Fe(OH)₂，进一步被氧化为Fe(OH)₃，脱水后形成铁锈（Fe₂O₃·nH₂O）。防锈方法：① 电镀：在钢铁表面镀一层耐腐蚀金属（如Zn、Cu），隔绝空气和水；② 涂漆：在表面形成保护膜，阻止铁与外界腐蚀介质接触；③ 制成合金：如不锈钢，加入Cr、Ni等元素改变金属内部结构，增强抗腐蚀性；④ 牺牲阳极保护法：在钢铁制品上连接活动性更强的金属（如Zn），利用原电池原理使保护金属优先腐蚀。 2. Fe²⁺来源：① 镀件（钢铁制品）表面氧化膜未除净，铁与电镀液中Cu²⁺发生置换反应生成Fe²⁺；② 阳极铜片含Fe杂质，电解时Fe优先于Cu放电生成Fe²⁺。除杂方法：向电镀液中加入适量H₂O₂溶液，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH至3-4，使Fe³⁺水解生成Fe(OH)₃沉淀过滤除去。离子方程式：2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O、Fe³⁺ + 3H₂O ⇌ Fe(OH)₃↓ + 3H⁺。 3. 不能用钢丝球擦洗的原因：铝制品表面有一层致密的Al₂O₃保护膜，能阻止铝进一步氧化；钢丝球擦洗会破坏该保护膜，导致铝制品被腐蚀。反应差异：铝与稀盐酸反应生成氯化铝和氢气，体现金属的通性；铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，体现铝的两性。化学方程式：2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑、2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂↑。 （三）计算题 1. 解：（1）n(Fe)=5.6g÷56g/mol=0.1mol，由反应方程式可知n(CuSO₄)=n(Fe)=0.1mol； （2）n(Cu)=0.1mol，m(Cu)=0.1mol×64g/mol=6.4g； （3）V(CuSO₄溶液)=0.1mol÷0.5mol/L=0.2L=200mL； 答：（1）0.1mol；（2）6.4g；（3）200mL。 2. 解：（1）n(Fe)=11200g÷56g/mol=200mol，由反应方程式可知n(Al)=n(Fe)=200mol，m(Al)=200mol×27g/mol=5400g=5.4kg； （2）n(Fe₂O₃)=n(Fe)÷2=200mol÷2=100mol； （3）实际需要Al的质量=5.4kg÷90%=6kg； 答：（1）5.4kg；（2）100mol；（3）6kg。 3. 解：（1）n(Cu)=3.2g÷64g/mol=0.05mol，阴极反应为Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu，转移电子n(e⁻)=2×0.05mol=0.1mol； （2）阳极反应为Cu 2e⁻ = Cu²⁺，消耗Cu的物质的量=0.05mol，m(Cu)=0.05mol×64g/mol=3.2g； （3）Q=neF=0.1mol×96500C/mol=9650C，I=Q/t=9650C÷3600s≈2.68A； 答：（1）0.1mol；（2）3.2g；（3）≈2.68A。 学科网（北京）股份有限公司 $