2013中考化學備考：對銅鋅合金組成的分析(一輪復習)

    有關合金成分判斷的計算試題在中考中多有出現(xiàn)，其中，以實驗數(shù)據(jù)測定為情境的表格分析題，綜合性強，難度較大。在該類試題中，往往糅合了對金屬性質(zhì)的考查，有關溶液計算的考查，有關化學方程式計的考查算等多方面化學知識。解答這樣的試題，需要學生有很強的數(shù)據(jù)分析能力，邏輯推理能力。在解題過程中，使學生認識和體驗數(shù)據(jù)分析和定量計算在化學中的作用和意義。 
    面對此類試題，學生往往無從下手，不知所措，主要的問題體現(xiàn)在學生對反應原理不夠清楚，不會用簡單的計算方法分析表格中的數(shù)據(jù)，不能正確解讀表格中數(shù)據(jù)所包含的信息。筆者遴選2010年各地中考試題中的幾個相關試題，加以歸類并簡要分析，希望能幫助學生有效的解答類似試題。
     
    一、對銅鋅合金組成的分析
     
    【例題1】2010湖南婁底中考第31題
     
    Cu與Zn的合金稱為黃銅，有優(yōu)良的導熱性和耐腐蝕性，可用作各種儀器零件。某化學興趣小組的同學為了測定某黃銅的組成，取20g該黃銅樣品于燒杯中，向其中分5次加入相同溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的稀硫酸，使之充分反應。每次所用稀硫酸的質(zhì)量及剩余固體的質(zhì)量記錄于下表：
     
    

	加入稀硫酸的質(zhì)量（g）	充分反應后剩余固體的質(zhì)量（g）
第1次	20	17．4
第2次	20	14．8
第3次	20	12．2
第4次	20	12．0
第5次	20	m

    試回答下列問題：
     
    （1）上述表格中m的值為           ；
     
    （2）黃銅樣品中鋅的質(zhì)量分數(shù)為       ；
     
    （3）所用稀硫酸中硫酸的質(zhì)量分數(shù)是多少？                 。
     
    【解析】根據(jù)金屬活動性，黃銅中只有鋅能與稀硫酸發(fā)生反應，銅不和稀硫酸反應。表格中的數(shù)據(jù)顯示，共進行5次實驗，每次所使用的稀硫酸均為20g，黃銅樣品的質(zhì)量為20g，在第一、二、三次實驗中，每加20g稀硫酸，固體質(zhì)量均減少2．6g,說明20g溶液中的硫酸與2．6g鋅恰好完全反應。當?shù)谒拇渭尤?0g稀硫酸時，若硫酸反應完全，固體也應減少2．6g，但實際減少的為12．2g-12．0g=0．2g，小于2．6g,說明硫酸過量，樣品中的鋅已經(jīng)完全反應，剩余的固體應為銅，且質(zhì)量為12．0g。則第五次再加入硫酸時，剩余固體只有銅，質(zhì)量不會減少，所以m=12．0g。樣品中鋅的質(zhì)量為20g - 12．0g = 8．0g。則鋅的質(zhì)量分數(shù)為：8．0g/20．0g×100% = 40%。若要計算所用稀硫酸的質(zhì)量，則取用的硫酸中的溶質(zhì)應完全反應，根據(jù)對上述表格數(shù)據(jù)的分析，在第一、二、三次實驗中硫酸完全反應，可用于計算。如下述過程所示：
     
    解：設所用稀硫酸中硫酸的質(zhì)量分數(shù)為x，據(jù)題意得：
     
    Zn     +         H₂SO₄  =   ZnSO₄  +   H₂↑ 
    65                98 
    20g-17．4g     20g×x 
     
    65/2．6g = 98/(20g×x)
     
    x=19．6%                       
     
    答：所用稀硫酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為19．6%。
     
    【參考答案】（1）12．0（或12）    （2）40%  （3）19．6%
     
    【例題2】2010浙江寧波中考第37題
     
    為了測定某種黃銅(銅和鋅的合金)的組成，取該黃銅樣品碎屑100g，把400g稀硫酸分4次加入到該樣品中，測得數(shù)據(jù)記錄如下表： 
     
    

	第1次	第2次	第3次	第4次
加人稀硫酸質(zhì)量(g)	100	100	100	100
剩余固體質(zhì)量(g)	87	74	67．5	67．5

     
    (1)第2次測得剩余固體質(zhì)量為74g，其成分為        。
     
    A．銅        B．鋅       C．銅和鋅
     
    (2)該黃銅樣品中銅和鋅的質(zhì)量比m_銅：m_鋅：         。
     
    (3)計算所用稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，并畫出反應生成的氫氣質(zhì)量與加入稀硫酸質(zhì)量的關系圖。 
     
    【解析】根據(jù)表格數(shù)據(jù)，每次使用稀硫酸的質(zhì)量相同，由第1、2組數(shù)據(jù)分析，每加100g稀硫酸，固體質(zhì)量減少13g，當?shù)?次加入稀硫酸時，固體減少了74g – 67．5g = 6．5g,小于13g,說明在第2次加入硫酸剩余的固體中還含有鋅，銅不和稀硫酸反應，并且在第3次實驗中稀硫酸是過量的，金屬鋅已經(jīng)完全反應，剩余銅的的質(zhì)量為67．5g,則鋅的質(zhì)量為100．0g – 67．5g = 32．5g, m_銅:m_鋅為67．5:32．5 = 27:13。第1、2次實驗中硫酸完全反應，可用于計算稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)。
     
    解：設參加反應的H₂SO₄的質(zhì)量為x
     
    反應的鋅的質(zhì)量為100 g–87 g = 13 g
     
    Zn   +   H₂SO₄  =   ZnSO₄  +   H₂↑ 
     65        98 
    13g        x
     
    65/98 = 13g/x,
     
    x=19．6 g
     
    19．6 g/100 g×100％ =19．6%
     
    答：所用稀硫酸中溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為19．6%
     
    根據(jù)數(shù)據(jù)可得每反應13 g鋅消耗100 g稀硫酸，則合金中共32．5 g鋅，完全反應共消耗稀硫酸250 g，并最多生成氫氣1．0 g，可據(jù)此繪圖（如圖示）。
     
    【參考答案】（1）C （2）27:13 （3）19．6%
     
    二、對鐵碳合金組成的分析
     
    【例題3】2010四川樂山中考第47題
     
    生鐵是鐵和碳的合金。為測定某煉鐵廠生產(chǎn)的生鐵樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)，化學興趣小組的同學稱得該生鐵樣品6．0g，放入燒杯中，向其中加入65．0g稀硫酸，恰好完全反應（假設雜質(zhì)不參與反應）。測得的實驗數(shù)據(jù)如下：
    

	反應前	反應后
燒杯及其中物質(zhì)的質(zhì)量	97．0g	96．8g

    請你完成有關計算（結(jié)果保留一位小數(shù)）：
     
    （1）反應放出的氫氣是多少？
     
    （2）生鐵樣品的質(zhì)量分數(shù)是多少？
     
    （3）反應后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)是多少？
     
    【解析】反應加入物質(zhì)的總質(zhì)量為97．0g，鐵與稀硫酸反應生氫氣使得物質(zhì)質(zhì)量減少，則反應生成的氫氣質(zhì)量=97g—96．8g=0．2g。再根據(jù)化學方程式，計算樣品中鐵的質(zhì)量和反應后硫酸亞鐵的質(zhì)量。過程如下：
     
    解：設生鐵中鐵的質(zhì)量為x，生成硫酸亞鐵質(zhì)量為y，則
     
    Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑ 
    56          152    2 
    x            y    0．2g
     
    x=0．2g×56/2=5．6g     
     
    y=0．2g×152/2=15．2g   
     
    Fe%=5．6g/6g×100%=93．3%    
     
    反應后溶液的總質(zhì)量為 65．0g + 5．6g -0．2g = 70．4g   
     
    則： FeSO₄%=15．2g/70．4g×100% = 21．6%
     
    【參考答案】（1）0．2g   （2）93．3%   （3）21．6%
     
    三、對合金中金屬種類的確定
     
    【例題4】2010廣東茂名中考第19題
     
    某合金可能由銅與鎂、鋅中的一種組成，現(xiàn)欲測定其組成，進行如下實驗：取該合金樣品10．0g放入燒杯中，然后將56．0g溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為14．0％的稀硫酸平均分四次依次加入該燒杯中,每次均充分．實驗數(shù)據(jù)記錄如下表:
    

編號	1	2	3	4
加入硫酸的質(zhì)量/g	14	14	14	14
剩余固體的質(zhì)量/g	8．7	7．4	6．1	6．0

    試求:
     
    （1）該合金中銅的質(zhì)量分數(shù)是       。
     
    （2）該合金除銅外,另一種金屬是什么呢?（寫出過程）
     
    （3）第三次加入硫酸充分反應后,所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)是多少?（寫出計算過程,精確到0．1％）
     
    【解析】銅不與稀硫酸反應，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，每次加入的硫酸的質(zhì)量均為14g，實驗1，2，3中剩余固體質(zhì)量均比上一次減少1．3g，第4次實驗中剩余固體的質(zhì)量比第3次減少6．1g - 6．0g = 0．1g，說明在第4次實驗中硫酸是過量的，金屬完全反應，只剩下銅，則銅的質(zhì)量為6．0g，其質(zhì)量分數(shù)為：6．0g/10．0g×100% =60．0%。欲判斷M金屬是何種金屬，計算步驟如下：
     
    解：設M金屬的相對原子質(zhì)量為x
     
    M    +   H₂SO₄   =   MSO₄    +  H₂↑ 
    x         98 
    10.0 g-6.1 g    42．0g×14．0％
     
    x:98=（10．0g－6．1g）：42．0g×14．0％
     
    得：x=65
     
    所以M是鋅，即合金中另一種金屬為鋅。
     
    第3次中硫酸完全反應，可設第三次實驗所生成硫酸鋅質(zhì)量為y，生成氫氣質(zhì)量為z
     
    Zn   +   H₂SO₄   =    ZnSO₄    +     H₂↑ 
    98                  161             2 
    42．0g×14．0％      y             z
     
    98：161=42．0g×14．0％：y     42．0g×14．0％：2 = 42．0g×14．0％：z
     
    y=9．66g             z=0．12g
     
    所以反應后，硫酸鋅的質(zhì)量分數(shù)為9．66g÷（42g+3．9g-0．12g）×100％=21．1％
     
    【參考答案】（1）60．0％，（2）M是鋅，（3）21．1％
     
    根據(jù)以上分析，對于此類試題的解答，一是要掌握反應原理，熟練應用金屬的活動性順序，正確判斷可能發(fā)生的反應。二是提高數(shù)據(jù)分析能力，要會比較相同的數(shù)據(jù)，體會相同數(shù)據(jù)代表的意義；要會比較相鄰的數(shù)據(jù)，特別是相鄰數(shù)據(jù)差異的原因要弄清。第三，在解題過程中還要關注解題格式規(guī)范，不能隨心所欲，要細致書寫，力求準確完整。
    
    

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