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1、金属锈蚀的条件1、(2020安徽)金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。【认识铁的腐蚀】(1)下列环境中的铁制品最容易生锈的是 (填字母序号)。A未擦干的铁锅 B涂油漆的栏杆 C盛水的不锈钢水杯(2)铁锈的主要成分是Fe2O3xH2O,其中铁元素的化合价是 。【探究铁的腐蚀】(3)该小组用如图甲装置进行实验,起始时量筒内水面处于50mL刻度处,之后水面缓慢上升。几天后水面最终处于约 (填“40”或“10”)mL刻度处,原因是 。【拓展探究】(4)小强同学进行如下实验:取铁钉用砂纸打磨,称其质量,按如图乙安装装置,放置3天,再取出铁钉称量。在不同温度下重复上述
2、实验,得到铁钉质量增加情况如下表。温度/10203040506070铁钉质量增加/g0.020.040.080.160.180.180.18小强同学的实验是探究 因素对铁钉腐蚀快慢的影响,结论是 。注意:若答对第(5)小题奖励3分,化学试卷总分不超过40分。(5)有同学认为小强的实验未能真实反映50以后铁钉腐蚀的快慢,理由是50以后铁钉质量没有变化。请分析铁钉质量没有变化的原因: ;改进实验方案证明你的分析: 解:(1)因为铁生锈的条件是与氧气和水同时接触,A未擦干的铁锅 中铁与水和氧气同时接触易生锈,B涂油漆的栏杆隔绝氧气和水不易生锈,C盛水的不锈钢水杯,由于不锈钢也不易生锈,故填:A;(2
3、)依据在化合物中正负化合价的代数和为零,根据铁锈的化学式Fe2O3xH2O,设铁元素化合价为a,2a+3(-2)+x(+1)2+(-2)=0 a=+3,故填:+3价;(3)因为铁丝绒生锈消耗试管内的氧气,又知空气中的氧气约占空气体积的1/5,可知量筒水面刻度上升到40ml处,故填:40;铁锈蚀消耗氧气,且氧气约占空气总体积的1/5;(4)分析表格中的数据可推知实验探究的因素为温度,其实验结论为在其它条件相同时,温度在1050的范围内,温度越高,铁钉腐蚀的速度越快,故填:温度;在其它条件相同时,温度在1050的范围内,温度越高,铁钉腐蚀的速度越快;(5)因为铁丝绒生锈后,量筒水面刻度上升到40m
4、l处,说明试管内的氧气全部耗尽,所以50后铁钉的质量不再增加,取一支更大的试管,加入等量的同规格的铁钉,以及等量的蒸馏水,塞上瓶塞,重复小强的实验,记录实验数据,发现60、70时铁钉增重质量大于50时的增重,且大于0.18g,则分析成立;故填:试管内的氧气已耗尽,剩余的铁不能继续锈蚀;取一支更大的试管,加入等量的同规格的铁钉,以及等量的蒸馏水,塞上瓶塞,重复小强的实验,记录实验数据,发现60、70时铁钉增重质量大于50时的增重,且大于0.18g,则分析成立。2、(2020海南)小林学习金属的相关知识后,关注到生活中有以下现象:海边的铁制品,锈蚀程度比其他地方更严重。切过咸菜的菜刀,不及时清洗,
5、很容易就锈蚀了。针对和的现象,小林结合学习内容查阅了相关资料并进行实验探究。【资料卡片】探究铁生锈的条件编号实验现象7天后,铁钉表面没有变化2天后,铁钉表面出现红色1天后,铁钉表面出现红色【家庭小实验】为了探究食盐水对铁钉锈蚀速率的影响,小林设计并完成了如图的家庭小实验,很快看到实验现象。(1)该实验中红墨水液面可能出现的现象是 (填序号);A两端仍持平B左高右低C左低右高你选择的理由是 。(2)小红认为小林的实验不足以说明食盐水能加速铁钉的锈蚀,请在小林实验的基础上完善此实验方案 ;(3)结合资料及实验结果,解释现象和 。解:(1)铁在与氧气和水共存时会发生锈蚀,导致装置内的压强减小,在外界
6、大气压的作用下,U型管内的红墨水液面左侧升高,右侧下降;故答案为:B;因为铁钉与瓶中的氧气、水反应,使瓶内的压强减小;(2)要说明食盐水能加速铁钉的锈蚀,还需要再设计一个对比实验,实验方案如下:仍采用小林的装置作对比实验,保持其他条件不变,将30mL食盐水换成30mL蒸馏水,重复小林的实验操作,观察现象;故答案为:仍采用小林的装置作对比实验,保持其他条件不变,将30mL食盐水换成30mL蒸馏水,重复小林的实验操作,观察现象;(3)海边潮湿的空气和咸菜中都含有一定量的氯化钠,氯化钠能加快铁制品的锈蚀速率,所以海边的铁制品,锈蚀程度比其他地方更严重;切过咸菜的菜刀,不及时清洗,很容易就锈蚀了;故答
7、案为:海边潮湿的空气和咸菜中都含有一定量的氯化钠,氯化钠能加快铁制品的锈蚀速率。3、(2020呼和浩特)某校化学兴趣小组的同学发现长期露置在空气中的金属M表面会被锈蚀,于是他们一起探究金属M锈蚀的原因。经检测,锈蚀物中除含有M元素外,还含有C、H、O三种元素。(1)甲同学依据锈蚀物中的组成元素,推测空气中 肯定参加了反应,但不能确定空气中的氧气是否参与反应。为了确认空气中的氧气是否参加反应,设计如图系列实验,你认为其中必须要做的对照实验是 (填字号)。若观察到 (填现象),证明氧气参加了反应。(2)若金属M是铜,铜器具长期露置在空气中会生成绿色铜锈,它的主要成分是碱式碳酸铜(Cu2(OH)2C
8、O3)。小组同学欲探究Cu2(OH)2CO3的性质。查阅资料:Cu2(OH)2CO3的化学性质与Cu(OH)2和CuCO3混合物的性质相同Cu(OH)2受热分解生成CuO和H2O,CuCO3的化学性质和CaCO3相似白色CuSO4粉末遇水变蓝色结合以上信息分析Cu2(OH)2CO3加热分解产物为 。【实验探究】为进一步验证Cu2(OH)2CO3受热分解产物,从如图中选择部分装置进行实验。装置的连接顺序为 ;实验中可观察到的现象是 。【实验结论】碱式碳酸铜受热易分解。解:(1)根据题目信息,锈蚀物除了含有M元素,还含有C、H、O三中元素,这三种元素则来自于空气,而空气中含有碳元素为二氧化碳,含有
9、氢元素为水,这两种物质包含了C、H、O三中元素,所以这两种一定参与了反应;空气也有氧气的存在,含有氧元素,因此为了确定氧气是否参与的反应,设计实验验证氧气的影响,将氧气作为唯一变量,而A和C只是将氧气作为了变量,所以选择其为对照实验;若观察到A中M生锈,C中M不生锈,说明氧气存在可以使M生锈,得出实验结论,氧气参加了反应;故答案为:CO2和H2O;AC;A中M生锈,C中M不生锈。(2)根据题目信息,碱式碳酸铜可以看做是氢氧化铜和碳酸铜的混合物,而碳酸铜与碳酸钙性质相似,氢氧化铜受热分解生成氧化铜和水,碳酸铜则加热会生成氧化铜和二氧化碳,所以碱式碳酸铜受热分解则会生成氧化铜、水和二氧化碳;故答案
10、为:CuO、CO2和H2O。【实验探究】反应物为固体且需要加热,所以选择A为发生装置,氧化铜为黑色固体,因此在A中通过固体颜色变化确定,二氧化碳可以用澄清石灰水验证,水可以利用无水硫酸铜验证,而验证水的存在是先放在澄清石灰水之前,避免气体先通过澄清石灰水带出水蒸气,影响实验结果判断,所以顺序为ADB;A中固体变为黑色,证明氧化铜的存在,D中无色变为蓝色,证明水的存在,澄清石灰水变浑浊,证明了二氧化碳的存在;故答案为:ADB;A中固体由绿色变为黑色,D中白色柜体变为蓝色,B中澄清石灰水变浑浊。4、“十一”假期,小英同学到上海博物馆去参观,发现博物馆内许多铜制品表面有一层绿色物质。绿色物质是什么?
11、它是怎样形成的?化学活动课上,同学们设计实验对这种绿色物质进行了如下探究活动。【查阅资料】铜在空气中易生成铜锈,它为绿色,其主要成分是Cu2(OH)2CO3;白色的硫酸铜粉末遇水能变为蓝色。探究活动一:验证铜锈的组成。【进行实验1】同学们设计了如图所示装置并进行实验。【猜想】铜锈加热后会生成哪些物质呢?甲说:氧化铜;乙说:氧气;丙说:水;丁说:二氧化碳;戊说:二氧化氮。有位同学一眼就发现,上述五位同学,有一位说错了。请你指出是谁? ;请说出你判断的理由 。【进行实验1】实验操作实验现象实验操作实验现象实验结论按如图组装仪器,装入药品。加热铜锈,直至不再有气体产生,停止加热。绿色固体变为黑色;硫
12、酸铜粉末变为蓝色;烧杯中液体变浑浊加热铜锈生成的物质有 ;烧杯中发生反应的化学方程式为 。冷却后,向试管中固体加入适稀硫酸,稍加热黑色固体溶解,溶液变为蓝色探究活动二:探究铜生锈的条件。【进行实验2】同学们进行了下面的4个实验,每天观察一次现象,一段时间后,发现只有实验4中的铜丝生锈了,且与水接触的部分生锈更明显。序号实验内容实验现象与结论实验1在干燥环境中,铜不生锈实验2铜仅与氧气和水接触,不生锈实验3铜仅与二氧化碳和水接触,不生锈实验4铜生锈,它生锈的条件是 【反思与拓展】(1)实验2和3中使用的是经煮沸后迅速冷却的蒸馏水,其目的是 。(2)如果要除去铜制品表面的铜锈,可以用稀盐酸浸泡,写
13、出反应的化学方程式 。解:【猜想】戊不正确,是因为反应物中不含有氮元素,不能生成二氧化氮。故填:戊;反应物中不含有氮元素。【进行实验1】绿色固体变为黑色;硫酸铜粉末变为蓝色,说明反应生成了水;烧杯中液体变浑浊,说明反应生成了二氧化碳;黑色固体溶解,溶液变为蓝色,说明黑色固体是氧化铜,加热铜锈生成的物质有氧化铜、水和二氧化碳;烧杯中二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水,发生反应的化学方程式:Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O。故填:氧化铜、水和二氧化碳;Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O。【进行实验2】实验4:铜和水、氧气、二氧化碳同时接触,能够生锈,说明铜生锈的条件是与水、氧气
14、和二氧化碳同时接触。故填:与水、氧气和二氧化碳同时接触。【反思与拓展】(1)实验2和3中使用的是经煮沸后迅速冷却的蒸馏水,其目的是排出溶于水的氧气。故填:排出溶于水的氧气。(2)如果要除去铜制品表面的铜锈,可以用稀盐酸浸泡,是因为碱式碳酸铜和稀盐酸反应生成氯化铜、水和二氧化碳,反应的化学方程式:Cu2(OH)2CO3+4HCl2CuCl2+3H2O+CO2。故填:Cu2(OH)2CO3+4HCl2CuCl2+3H2O+CO2。5、铁锈蚀会造成资源浪费,但生活中人们却能善于利用铁锈蚀的原理,将“害”转化为“利”,研制出好产品,如用于食品保鲜的双吸剂、冬天取暖使用的“暖宝宝”等。某化学兴趣小组对铁锈蚀的原理及应用进行了探究。【查阅资料】某品牌双吸剂的成分为:还原铁粉(有疏松多孔的结构)。某品牌暖宝宝的成分为:铁粉(主要成分)、活性炭、蛭石、吸水性树脂、食盐。蛭石:一种天然矿物,加工后具