Question

“嫦娥一號(hào)”的成功發(fā)射，使全國(guó)人民歡欣鼓舞．請(qǐng)同學(xué)們閱讀下列航天技術(shù)中的化學(xué)短文并回答有關(guān)問(wèn)題．
材料一：2007年10月24日19時(shí)10分，“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射成功．下圖是中國(guó)月球探測(cè)工程標(biāo)志圖案．它以中國(guó)書(shū)法，抽象地勾勒出一輪圓月，一雙腳印踏在其上，象征著月球探測(cè)的終極夢(mèng)想．整體圖形由一弧兩點(diǎn)巧妙形成古文“月”字，同時(shí)代表“繞”、“落”、“回”三步走戰(zhàn)略，此作品中國(guó)的意味十足，簡(jiǎn)潔而明朗，體現(xiàn)了傳統(tǒng)和現(xiàn)代的完美結(jié)合．
材料二：人類要在月球活居住，首先離不開(kāi)淡水和氧氣，而月球上既沒(méi)有水又沒(méi)有空氣．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球的沙土中含有豐富的含氧鈦鐵礦，成分為TiO₂、Fe₂O₃的混合物，將這些礦石利用CO來(lái)還原提煉單質(zhì)鈦和鐵，若用氫氣還原，可以得到淡水．將這些礦石通電，還可以從中分離出氧氣．
請(qǐng)你從化學(xué)視角來(lái)見(jiàn)證這一偉大時(shí)刻：
（1）據(jù)了解，發(fā)射前8h開(kāi)始加注火箭第三級(jí)使用的燃料液氫和液氧．其中液氧的主要作用是

 

，液氫的主要作用是

 

，液氫的使用大大減輕了發(fā)射的質(zhì)量，其原因主要是

 

．寫(xiě)出液氫燃燒方程式

 

．
（2）從鐵生銹條件來(lái)分析，月球上鐵制品

 

（填“易”或“不易”）生銹，原因是：

 

．
（3）現(xiàn)利用CO來(lái)還原TiO₂、Fe₂O₃的混合物提煉單質(zhì)鈦和鐵，裝置如圖所示，試回答：

①寫(xiě)出A中CO還原TiO₂的化學(xué)方程式

 

．
②就實(shí)驗(yàn)操作順序的問(wèn)題兩位同學(xué)出現(xiàn)了分歧．
小月認(rèn)為先通一段時(shí)間CO排空，然后再點(diǎn)燃C和A中的酒精燈．小亮認(rèn)為這樣做不好，他的理由是

 

．
小亮認(rèn)為先點(diǎn)燃C和A中的酒精燈，然后再通CO，小月又提出反對(duì)，她的理由是

 

．
老師認(rèn)為他們的反對(duì)意見(jiàn)都有一定道理．請(qǐng)你幫助這兩位同學(xué)解決他們的困難，你的辦法是

 

 

．
（4）小勇同學(xué)進(jìn)一步探究鈦鐵礦中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取10g鈦鐵礦樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，待完全反應(yīng)后，用磁鐵吸引鐵粉，并稱得鐵粉的質(zhì)量為5.6g，試求算鈦鐵礦中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？

Answer 1

分析：（1）物質(zhì)的性質(zhì)決定用途，氧氣不能燃燒，但能支持燃燒，氫氣可燃，可作為燃料，密度��；
（2）從鐵生銹需要的條件考慮，鐵生銹需要氧氣、水的參與，據(jù)此可判斷月球上鐵制品是否生銹；
（3）一氧化碳還原TiO₂的化學(xué)方程式可參照一氧化碳還原氧化鐵的方程式書(shū)寫(xiě)；在實(shí)驗(yàn)操作步驟上，一氧化碳應(yīng)該是“早出晚歸”，酒精燈應(yīng)該“遲到早退”，一氧化碳有毒，在通一氧化碳之前應(yīng)該先做好尾氣處理．
（4）根據(jù)生成鐵粉的質(zhì)量，利用化學(xué)方程式即可求解．

解答：解：（1）使用的燃料是液氫和液氧，其中液氧的主要作用是助燃，液氫是作燃料，由于氫氣是最輕的氣體，所以能大大減輕發(fā)射的質(zhì)量，反應(yīng)得化學(xué)方程式為2H₂+O₂

點(diǎn)燃  .

2H₂O；
（2）鐵生銹需要氧氣、水的參與，而月球上既沒(méi)有水又沒(méi)有空氣，所以月球上鐵制品不易生銹；
（3）CO還原TiO₂的化學(xué)方程式為：2CO+TiO₂

高溫  .

Ti+2CO₂，
小月認(rèn)為先通一段時(shí)間CO排空，然后再點(diǎn)燃C和A中的酒精燈，沒(méi)有考慮到一氧化碳有毒會(huì)污染空氣；小亮認(rèn)為先點(diǎn)燃C和A中的酒精燈，然后再通CO，沒(méi)有考慮到一氧化碳可燃，與空氣混合會(huì)發(fā)生爆炸；正確的操作順序應(yīng)該是：先通一段時(shí)間CO，同時(shí)點(diǎn)燃C處的酒精燈，排盡玻璃管內(nèi)空氣，然后再點(diǎn)燃A處的酒精燈（或先用氣球收集尾氣，然后再點(diǎn)燃酒精燈）；
（4）設(shè)樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量為x，則
3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂
     160       112
     x         5.6g

160

112

=

x

5.6g

     x=8g
 鈦鐵礦中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

8g

10g

×100%═80%
故答案為：（1）助燃、作燃料、密度小、2H₂+O₂

點(diǎn)燃  .

2H₂O
（2）不易、月球上既沒(méi)有水又沒(méi)有空氣
（3）①2CO+TiO₂

高溫  .

Ti+2CO₂、②CO有毒，對(duì)空氣有污染；CO與容器內(nèi)空氣混合，點(diǎn)燃后可能會(huì)發(fā)生爆炸；先通一段時(shí)間CO，同時(shí)點(diǎn)燃C處的酒精燈，排盡玻璃管內(nèi)空氣，然后再點(diǎn)燃A處的酒精燈（或先用氣球收集尾氣，然后再點(diǎn)燃酒精燈）
（4）鈦鐵礦中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查燃料的燃燒和一氧化碳還原礦石實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)順序上要注意堅(jiān)持操作安全、環(huán)保的原則，先通一段時(shí)間一氧化碳是為了操作安全，先進(jìn)性尾氣處理是為了環(huán)保．（4）小題求質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)可以根據(jù)化學(xué)方程式求解，也可根據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用化學(xué)式求解，生成的鐵完全來(lái)自氧化鐵，氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

112

160

×100%=70%，則

5.6g

70%

=8g，即氧化鐵的質(zhì)量為8g，再根據(jù)混合物總質(zhì)量10g即可求出氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．