2026年04月02日

上海初中化学中考趋势 | 2026年04月02日

今日主题

中国“奋斗者”号深潜器钛合金材料的性质探究与定量分析 · 中国“奋斗者”号深潜器载人舱采用自主研发的新型钛合金制造，具备极高比强度和耐海水腐蚀性。为探究钛(Ti)与铁、铜的金属活动性，小组将表面积相同的纯钛片、铁片和铜片分别投入等体积等浓度的足量稀硫酸中，发现钛片产生气泡速率比铁快，铜片无现象。已知钛与稀硫酸反应生成+3价钛盐和氢气，若完全反应生成0.6g氢气，需消耗纯钛的质量为多少？

核心知识点

• 合金的物理特性及应用

• 金属活动性顺序的实验探究

• 信息给予题的化学方程式书写与计算

教育价值

以大国重器“奋斗者”号为切入点，厚植家国情怀。将抽象的金属活动性规律与真实的深海探测材料探究相结合，重点考查学生在陌生科技情境中提取有效信息、类比迁移书写化学方程式以及严密进行定量计算的综合科学素养。

情景化题型精讲

题目配图

图1：science 化学 20260402 1

【简答题】（较难程度，总分14分）

【情境背景】2020年11月10日，中国自主研发的“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米。万米深海的水压超过100兆帕，对潜水器载人舱的材料提出了极严苛的要求。“奋斗者”号载人舱采用了我国自主研制的新型钛合金（主要成分为钛、铝、钒等）制造。相比于传统的钢铁材料，该新型钛合金不仅具备极高的比强度（强度与密度的比值），还能在极其恶劣的深海环境中展现出优异的耐海水腐蚀性。

为探究制造该合金的主要金属钛（Ti）与常见金属铁（Fe）、铜（Cu）的金属活动性强弱，某化学兴趣小组查阅了三种金属的物理性质（见表1），并设计了如下对比实验（见图1）：

取打磨光亮、表面积相同的纯钛片、纯铁片和纯铜片，分别同时投入装有等体积、等浓度且足量热稀硫酸的三支试管中。观察到如下现象：铜片表面无明显变化；铁片表面产生气泡；钛片表面产生气泡的速率显著快于铁片。

查阅资料获悉：钛（Ti）在较高温度下能与稀硫酸发生置换反应，生成+3价的钛盐和氢气，该反应放热。在工业制备及材料测试中，常通过测定生成氢气的质量来反推消耗金属钛的质量。若在上述实验中，钛片与足量稀硫酸完全反应，最终收集到0.06g氢气。（已知相对原子质量：H-1，Ti-48）

表1：钛、铁、铜的物理性质及耐腐蚀性对比

（1）结合情境信息与表1数据，说明“奋斗者”号深潜器载人舱放弃传统钢铁材料而选用新型钛合金的两个主要原因；根据实验现象，推断钛、铁、铜三种金属的活动性由强到弱的顺序。（4分）

参考答案：

原因：①钛合金比强度高且密度比铁小，能有效减轻潜水器自重且能承受深海极高水压；②钛合金的耐海水腐蚀性能极强，能适应深海恶劣环境。金属活动性顺序：Ti > Fe > Cu（或钛 > 铁 > 铜）。

解析：

解析：本题考查信息提取与物质性质的应用。由表1可知钛的密度（4.51  g·cm⁻³）小于铁（7.86  g·cm⁻³），结合情境中“极高比强度”和“优异的耐海水腐蚀性”可得出选用钛合金的原因。在相同的酸性环境中，金属产生气泡的速率越快，其金属活动性越强；不产生气泡说明排在氢之后。钛片产生气泡速率比铁快，铜片无现象，故活动性为 Ti > Fe > Cu。

（2）请写出钛（Ti）与稀硫酸发生反应的化学方程式，并计算：若完全反应生成0.06g氢气，需消耗纯钛的质量为多少克？（写出计算过程）（5分）

参考答案：

化学方程式：2Ti + 3H₂SO₄ = Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂↑ ；需消耗纯钛的质量为 0.96 g。

解析：

解析：根据情境信息，钛与稀硫酸反应生成+3价钛盐（即硫酸钛，化学式为 Ti₂(SO₄)₃）和氢气，据此写出并配平化学方程式。计算过程如下：

解：设需消耗纯钛的质量为 x。

2Ti + 3H₂SO₄ = Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

96    6

x      0.06g

(96)/(x) = (6)/(0.06g)

解得 x = 0.96g

答：需消耗纯钛的质量为 0.96g。

（3）实验过程中，小组同学利用传感器监测了钛与稀硫酸反应的速率变化，发现产生气泡的速率呈现“先逐渐加快，后逐渐减慢直至停止”的趋势。请结合所学知识和情境信息，解释该反应速率发生变化的原因。若实验前未将钛片和铁片打磨至表面积相同，能否通过气泡产生快慢准确得出它们的金属活动性强弱？请说明理由。（5分，答案不唯一，言之有理即可）

参考答案：

速率变化原因：该反应是放热反应，反应初期释放的热量使溶液温度进一步升高，反应速率加快；随着反应的进行，稀硫酸的浓度逐渐降低（且钛片表面积可能减小），导致反应速率逐渐减慢直至停止。不能准确得出；理由：探究金属活动性时必须控制单一变量，若金属的表面积不同，与酸的接触面积就不同，会直接影响反应速率，从而无法通过气泡快慢准确对比金属本身的活动性强弱。

解析：

解析：本题考查影响化学反应速率的因素及科学探究中的控制变量法。反应速率受温度、反应物浓度、接触面积等多种因素影响。情境中明确提示“该反应放热”，因此初期温度起主导作用，使速率加快；后期反应物（硫酸）浓度下降起主导作用，使速率减慢。实验探究要求严谨的变量控制，表面积属于重要干扰变量，必须保持一致才能得出有效结论。

知识点地图

合金的物理特性与工程应用 → 金属活动性顺序的实验探究与推断 → 信息给予题的化学方程式书写 → 根据化学方程式的定量计算 → 影响化学反应速率的因素及控制变量法的应用

本题知识点之间的逻辑关联，帮助学生建立知识网络

思路拓展

1. 拓展问题1：若要验证Ti、Fe、Cu三种金属的活动性顺序，除了与酸反应，还可以设计怎样的金属与盐溶液反应的实验方案？（提示：利用“中间金属两边盐”或“中间盐两边金属”的思路）

2. 拓展问题2：深海探测器在上升和下潜过程中，周围海水的温度和压强会发生剧烈变化。从微观粒子运动和金属晶体结构的角度思考，这可能对钛合金材料的疲劳寿命产生怎样的影响？

拓展问题不要求作答，目的是打开思路，培养发散思维

学习建议

1. 对比归纳合金特性，联系科技前沿应用。针对“奋斗者”号钛合金材料，建议你在笔记本上建立“纯金属与合金性质对比表”，重点归纳合金通常具有硬度更大、熔点更低、抗腐蚀性更强等特点。行动指导：请查阅资料，列举3种以上常见合金（如不锈钢、硬铝、黄铜）的成分与用途，结合钛合金“高比强度”的物理特性，深刻理解“物质性质决定用途”的化学观念。

2. 掌握控制变量思想，严谨分析探究实验。分析金属活动性探究实验时，必须关注实验条件的控制。行动指导：在复习该实验时，请用笔圈出题干中的“表面积相同”、“等体积等浓度”等控制变量的词眼。根据“钛产生气泡比铁快，铜无现象”，推导出活动性 Ti > Fe > Cu。课后请尝试自主设计另一套方案（如使用纯钛片、铜片和FeSO₄溶液）来验证这三种金属的活动性顺序，并写出预期的实验现象。

3. 精准提取题干信息，攻克陌生方程式书写。信息给予题的难点在于将文字转化为化学语言。行动指导：练习此类题目时，先圈出反应物（Ti、H₂SO₄）和生成物特征（+3价钛盐、H₂），根据化合价写出生成物化学式Ti₂(SO₄)₃，进而写出并配平化学方程式：2Ti + 3H₂SO₄ = Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂↑。建议每周集中训练5道陌生方程式的书写，强化配平和标注气体符号↑的习惯。

4. 规范化学计算步骤，理清物质质量关系。定量分析要求逻辑严密、格式规范。行动指导：在计算消耗纯钛的质量时，严格执行“设、方、关、比、算、答”六步法。写出方程式后，准确找出已知量和未知量的质量关系（2Ti对应3H₂，即相对质量96对应6）。列出比例式 96 / 6 = m(Ti) / 0.6 g，解得 m(Ti) = 9.6 g。每次做完计算题，务必倒查方程式配平是否正确以及是否漏写单位“g”。

中考趋势分析

近期上海初中化学中考呈现以下趋势：

• 题目形式逐渐从单一的计算题或填空题向'情景-探究-计算'融合的综合题转变。选择题常考查钛合金的材料分类与物理性质；实验填空题侧重金属活动性顺序的探究；计算题则常作为压轴部分，要求根据化学方程式（如2Ti + 3H₂SO₄ = Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂↑）进行定量分析。

• 知识考查的广度不断拓展，涵盖金属材料属性、金属活动性强弱判断、化合价推断及化学方程式书写等多个考点。深度上，要求学生具备较强的信息提取与迁移能力，例如能根据'生成+3价钛盐'推导出产物化学式Ti₂(SO₄)₃，并结合m(H₂) = 0.6 g进行准确的定量计算。

• 情景化题目紧扣'大国重器'和前沿科技，凸显化学学科的社会价值。题目特点是'起点高、落点低'，即以高科技材料的真实属性（如耐海水腐蚀）为引入，实际考查的是初中核心的金属活动性规律和基础定量计算，要求学生在真实复杂情境中剥离出核心化学问题。

• 对学生综合能力的要求显著提升。首先是阅读理解与信息加工能力，需精准提取关键信息；其次是实验设计与逻辑推理能力，需通过'产生气泡速率比铁快，铜片无现象'得出Ti > Fe > Cu的活动性顺序；最后是严谨的计算与规范表达能力，要求在计算所需纯钛质量m(Ti)时格式规范、数据准确。

• 备考建议与重点：一要关注国家重大科技成果中的材料应用，积累情景素材；二要夯实金属活动性顺序和根据化学方程式计算的基础，重点训练陌生化学方程式的书写；三要强化规范答题意识，化学式必须书写规范（如H₂SO₄），计算过程需列出比例式，明确物理量符号如m(H₂)和m(Ti)。

实际应用

深海潜水器、航空航天器外壳及骨架材料的选型与防腐蚀设计；工业生产中新型高强度耐腐蚀合金材料的研发与性能测试。

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科学备考，稳步提升

更新时间： 2026-04-02 09:06:20

内容说明： 本栏目专注上海初中化学中考趋势分析，每日精选情景化题型，帮助学生掌握核心知识点和解题方法。