Question

5．2014年12月28如，鄭州地鐵1號線投入試運營，不但緩解了市內(nèi)交通壓力，也改善了我市空氣質(zhì)量．
Ⅰ．地鐵站里氧氣含量的測定
地鐵站里氧氣的含量應(yīng)與地面保持一致．現(xiàn)有一瓶從地鐵站里收集到的空氣樣品，康康利用圖1實驗裝置測定樣品中氧氣的含量．請指出測定時需要注意的事項．（至少3條）
Ⅱ．鐵的冶煉
地鐵的修建需要大量地鋼材，康康用圖2裝置模擬煉鐵的化學(xué)原理，請寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式．為了提高CO的利用率，你將怎樣改進此裝置？
Ⅲ．金屬材料在地鐵方面的應(yīng)用
在地鐵修建過程中使用了大量的金屬材料
（1）地鐵入口處的雨篷骨架用鋁合金而不用純鐵的原因是鋁合金抗腐蝕能力強，且密度比較�。�
（2）鋼軌用錳鋼的原因是錳鋼硬度大、韌性好．
（3）出口處的廣告架是金屬經(jīng)焊接而成的，焊條的熔點＜（填“＞”、“=”或“＜”）組成焊條的純屬金屬的熔點．
Ⅳ．金屬的活動性
康康到工地了解了部分金屬材料的防銹問題．技術(shù)人員告訴他，采用鍍鋅鋼管做水管時，最好不要用銅制接頭．為了探究這三種金屬的活動性，康康把等表面積的鐵片和鋅片放入硫酸銅溶液中（如圖3所示）．請回答：
（4）如何判斷，它們是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)？
（5）甲試管中反應(yīng)前后溶液的質(zhì)量增重（填“增重”、“不變”或“減輕”），乙試管中反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
（6）上述實驗不能夠完全證明三種金屬的活動性，需要補充的實驗操作是把鋅片放入硫酸亞鐵溶液中，觀察現(xiàn)象．
Ⅴ．鄭州地鐵1號線每車次運送乘客約1800人，走同樣的路線，CNG公交車每車次消耗天然氣a　kg（以甲烷計算），每輛CNG公交車運送乘客以60名計．若乘CNG公交車的乘客均改乘地鐵1號線，則地鐵每運行一次車，可減少二氧化碳排放多少千克？

Answer 1

分析 I．從測定空氣中氧氣的體積分數(shù)的實驗原理：利用紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使左邊集氣瓶內(nèi)氣體體積變小，壓強變小，從而在外部大氣壓的作用下使燒杯內(nèi)的水進入集氣瓶，通過測量進入集氣瓶中水的量來確定空氣中氧氣的體積分數(shù)去分析解答；
II．從一氧化碳和氧化鐵在高溫條件下生成二氧化碳和鐵及如何提高CO的利用率去分析解答；
Ⅲ．（1）從地鐵入口處的雨篷在外面日曬雨淋，如果用鐵容易生銹，而鋁合金抗腐蝕能力強；且鋁合金密度比較小，自身重量較輕去分析解答；
（2）從由于地鐵機車重量大，鋼軌需要硬度大、韌性好去分析解答；
（3）從一般來講，合金的熔點比組成合金的純金屬的熔點低去分析解答；
Ⅳ．（4）從在金屬活動順序表中，由于鐵和鋅都排在銅的前面，都可以把銅從銅的鹽溶液中置換出來，因此判斷是否發(fā)生反應(yīng)可以看金屬表面是否有紅色的銅出現(xiàn)去分析解答；
（5）從由于反應(yīng)前后水的質(zhì)量是不變的，反應(yīng)前后溶液的質(zhì)量的改變?nèi)�決于溶質(zhì)的質(zhì)量變化、乙試管內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)是鐵和硫酸銅反應(yīng)生成硫酸亞鐵和銅去分析解答；
（6）從上述實驗只能得出以下結(jié)論：Fe＞Cu，不能得出鐵的鋅之間的關(guān)系，不能夠完全證明三種金屬的活動性，需要補充比較鐵的鋅之間的關(guān)系的實驗去分析解答；
Ⅴ．從在城市內(nèi)部運行的大客流量、主要以電力驅(qū)動的軌道交通，不生成二氧化碳氣體，而用CNG公交車每車次消耗天然氣所產(chǎn)生的二氧化碳的質(zhì)量通過計算去分析解答；

解答 解：I．測定空氣中氧氣的實驗原理：利用紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使左邊集氣瓶內(nèi)氣體體積變小，壓強變小，從而在外部大氣壓的作用下使燒杯內(nèi)的水進入集氣瓶，通過測量進入集氣瓶中水的量來確定空氣中氧氣的體積分數(shù)．①如果所用紅磷的量不足，會造成瓶內(nèi)空氣中的氧氣沒有完全被消耗，所以會使所測得的氧氣的體積分數(shù)偏小；②如果裝置漏氣，會使外界空氣進入集氣瓶導(dǎo)致壓強差變小，使進入集氣瓶內(nèi)的水的體積變小，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏�。虎塾捎诩瘹馄績�(nèi)的氣體體積受溫度的影響較大，因此做實驗時要等紅磷熄滅并冷卻后再打開彈簧夾；
故答案為：裝置氣密性好、紅磷要足量、紅磷熄滅并冷卻后再打開彈簧夾；
II．一氧化碳和氧化鐵在高溫條件下生成二氧化碳和鐵；反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CO₂+2Fe；尾氣中含有CO，如果直接排放到外界中會造成空氣污染，可用一導(dǎo)管放在酒精噴燈處把尾氣點燃，轉(zhuǎn)化成為二氧化碳，既防止污染空氣，又增加反應(yīng)所需的熱量，提高CO的利用率；
故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CO₂+2Fe； 將尾氣用導(dǎo)管通入酒精噴燈處點燃；
Ⅲ．（1）地鐵入口處的雨篷在外面日曬雨淋，如果用鐵容易生銹，而鋁合金抗腐蝕能力強；且鋁合金密度比較小，自身重量較輕；故答案為：鋁合金抗腐蝕能力強，且密度比較小；
（2）由于地鐵機車重量大，鋼軌需要硬度大、韌性好所以常用錳鋼；故答案為：錳鋼硬度大、韌性好；
（3）出口處的廣告架是金屬經(jīng)焊接而成的，焊條是合金，一般來講，合金的熔點比組成合金的純金屬的熔點低；故答案為：＜；
Ⅳ．（4）把等表面積的鐵片和鋅片放入硫酸銅溶液中，在金屬活動順序表中，由于鐵和鋅都排在銅的前面，都可以把銅從銅的鹽溶液中置換出來，因此判斷是否發(fā)生反應(yīng)可以看金屬表面是否有紅色的銅出現(xiàn)；故答案為：觀察鋅片和鐵片表面是否有紫紅色固體析出；
（5）甲試管中發(fā)生的是鋅和硫酸銅的反應(yīng)，反應(yīng)后生成硫酸鋅和銅，化學(xué)方程式為：Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu；假如二者恰好完全反應(yīng)，由于反應(yīng)前后水的質(zhì)量是不變的，反應(yīng)前后溶液的質(zhì)量的改變?nèi)�決于溶質(zhì)的質(zhì)量變化，反應(yīng)前溶質(zhì)CuSO₄是，它的相對分子質(zhì)量為160，反應(yīng)后的溶質(zhì)ZnSO₄是，它的相對分子質(zhì)量為161；故反應(yīng)后溶液的質(zhì)量增加；乙試管內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)是鐵和硫酸銅反應(yīng)生成硫酸亞鐵和銅，其化學(xué)方程式為：Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；故答案為：增重；Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；
（6）上述實驗只能得出以下結(jié)論：Fe＞Cu，不能得出鐵的鋅之間的關(guān)系，不能夠完全證明三種金屬的活動性，需要補充比較鐵的鋅之間的關(guān)系的實驗，可把把鋅片放入硫酸亞鐵溶液中，觀察現(xiàn)象得出：Zn＞Fe，故答案為：把鋅片放入硫酸亞鐵溶液中，觀察現(xiàn)象；
Ⅴ．在城市內(nèi)部運行的大客流量、主要以電力驅(qū)動的軌道交通，不生成二氧化碳氣體．
解：設(shè)地鐵每運行一車次可減排二氧化碳的質(zhì)量為x．
              CH₄+2O₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O 
              16           44
        （1800÷60）akg     x
                $\frac{16}{44}$=$\frac{（1800÷60）akg}{x}$
        解之得：x=82.5a kg    
     答：減少排放82.5a 千克二氧化碳．

點評 本題主要考查測定空氣里氧氣含量的探究實驗及金屬的化學(xué)性質(zhì)，綜合性較強，能夠體現(xiàn)學(xué)生的分析問題能力和解決問題能力．