金属的化学性质

现象：① 铁丝表面覆盖一层红色固体，溶液由蓝色变浅绿色；② 铜丝表面出现银白色固体，溶液由无色变为蓝色；③ 铜丝无任何变化。分析与方程式：① 说明铁比铜活泼，$\mathrm{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}$，浅绿色来自生成的硫酸亚铁；② 说明铜比银活泼，$\mathrm{Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag}$，蓝色来自生成的硝酸铜；③ 说明铜排在氢之后。

结论：活动性 $\mathrm{Fe} > \mathrm{Cu} > \mathrm{Ag}$，且铜在氢之后。操作提醒：金属丝要先用砂纸打磨除去氧化膜，否则反应很慢甚至看不到现象；插入前后应观察溶液颜色变化，它常常比固体变化更容易判断。

现象：① 铁钉几乎不生锈；② 铁钉在水面附近锈得最厉害；③ 铁钉基本不生锈。

分析：① 有氧气但没有水；③ 有水但煮沸除去了溶解的氧气、油层又阻止空气进入；只有 ② 同时接触水和氧气，锈蚀最明显。结论：铁生锈是铁与氧气和水共同作用的结果，生成的铁锈主要成分是 $\mathrm{Fe_2O_3}$（含结晶水），它疏松多孔，不能保护内部的铁，所以铁会一直锈到底。

由结论推防护方法：只要隔绝氧气或水，或者改变金属内部结构，就能防锈——刷漆、涂油、镀锌镀铬、烤蓝，以及制成不锈钢。对照实验的设计要点：三支试管只在「有无水」「有无氧气」上不同，其余条件全部相同，这才能把两个因素各自的作用分开。

第一步 · 写出并配平化学方程式：$\mathrm{Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{\text{高温}} 2Fe + 3CO_2}$。第二步 · 把矿石换算成纯氧化铁（杂质不反应，绝不能拿 $200$ 吨直接代入）：$m_{\mathrm{Fe_2O_3}} = 200\ \text{t} \times 80\% = 160\ \text{t}$。第三步 · 标出已知量与待求量的质量关系。$\mathrm{Fe_2O_3}$ 为 160，$2\mathrm{Fe}$ 为 $2 \times 56 = 112$。设生成的铁为 $x$：

$\mathrm{Fe_2O_3} : 2\mathrm{Fe} = 160 : 112 \qquad 160\ \text{t} : x$

第四步 · 列比例式求铁的质量：$\dfrac{160}{112} = \dfrac{160\ \text{t}}{x}$，解得 $x = \dfrac{112 \times 160}{160} = 112\ \text{t}$。第五步 · 换算成生铁质量，因为生铁只含铁 $96\%$：$m_{\text{生铁}} = \dfrac{112\ \text{t}}{96\%} = \dfrac{112}{0.96} \approx 116.7\ \text{t}$。第六步 · 检验单位与合理性：单位为吨，正确；铁的质量 $112$ 吨小于氧化铁 $160$ 吨（因为失去了氧元素），合理；生铁质量略大于纯铁质量（掺了杂质），也合理。答：理论上可炼出生铁约 $116.7$ 吨。两处最易错：一是忘记先乘矿石品位 $80\%$，二是最后一步把「除以 $96\%$」写成「乘 $96\%$」——含杂质的生铁一定比纯铁重，用这个常识就能自查。