Question

【題目】美國(guó)計(jì)劃2020年再次登陸月球，并在月球上建立永久性基地，為人類登陸新的行星做好前期準(zhǔn)備。為了解決基地人員的供氧問(wèn)題，科學(xué)家設(shè)想利用月球富氧巖石制取氧氣。其提氧原理是用氫氣還原富氧巖石獲取水，再利用太陽(yáng)能電池電解水得到氫氣和氧氣。

玄武巖（含鈦鐵礦）是月球的主要巖石之一，其質(zhì)地堅(jiān)硬，鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵（）。用上述提氧原理，理論上，從1 kg 中可獲取105.3g 。

(1)寫出與反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________________________________。

(2)研究表明，月球上平均直徑為40微米的小圓珠形成的堆積物（富含）是最適合提氧的礦物。這種堆積物作為提氧原料的優(yōu)點(diǎn)是____________________________________________________________。

(3)研究人員查閱文獻(xiàn)后，得知鈦鐵礦在高溫下還能被炭粉還原：，通過(guò)植物的光合作用可獲得，化光學(xué)方程式為（葡萄糖）。他們?cè)O(shè)計(jì)了兩套實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)定鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

研究人員用圖1裝置從鈦鐵礦中提取氧，實(shí)驗(yàn)中得出的可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于理論值，產(chǎn)生這種情況的原因可能是______________________；用圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，稱得反應(yīng)前鈦鐵礦的質(zhì)量為，炭粉的質(zhì)量為，鈦鐵礦完全反應(yīng)后，測(cè)得生成的質(zhì)量為，則鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________________。

(4)在鈦鐵礦提氧過(guò)程中科學(xué)家們常選用而不用其他還原劑，其主要原因是______________________。

Answer 1

【答案】 無(wú)需進(jìn)行巖石破碎工作、可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大 未經(jīng)干燥、U形管中堿石灰吸收了空氣中的水分 的氧化產(chǎn)物水無(wú)污染，電解水產(chǎn)生的能夠循環(huán)利用

【解析】

鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵（）與氫氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到水，再電解水得到氧氣，根據(jù)得失電子守恒，推知中鐵元素化合價(jià)降低；

(1)的物質(zhì)的量為6.58 mol，105.3g 中含O的物質(zhì)的量為6.58 mol，故結(jié)合提氧原理可知生成的物質(zhì)的量也為6.58 mol，與的物質(zhì)的量之比為，據(jù)此可確定反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（2）無(wú)需進(jìn)行巖石破碎工作、可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，故平均直徑為40微米的小圓珠形成的堆積物（富含）是最適合提氧的礦物。

(3)圖1中測(cè)得的可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于理論值，則可能是通入的未經(jīng)干燥、U形管中的堿石灰吸收了空氣中的水蒸氣；因?yàn)閳D2中生成的質(zhì)量為 ，故經(jīng)光合作用可獲得的的質(zhì)量為，所以鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為。

（4）作還原劑的優(yōu)點(diǎn)為：的氧化產(chǎn)物水無(wú)污染，電解水產(chǎn)生的能夠循環(huán)利用。