Question

12．研究金屬的腐蝕對(duì)資源的利用和保護(hù)意義重大．
（1）為了探究鐵腐蝕的條件，進(jìn)行如圖（1）所示的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過一周后觀察：

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：鐵銹蝕是鐵與水和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程．甲同學(xué)認(rèn)為，試管A發(fā)生的現(xiàn)象能夠說明這一點(diǎn)．乙同學(xué)不同意他的觀點(diǎn)，認(rèn)為必須全面觀察試管ABC（選填試管編號(hào)）發(fā)生的現(xiàn)象，并經(jīng)過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评�，才能得出上述結(jié)論．
B中加入的蒸餾水要事先煮沸，其目的是排出溶解在水中的氧氣．
（2）家中的刀具若沾有食鹽水銹蝕更快．為了進(jìn)一步探究影響鐵銹蝕速率的因素，做了如下的實(shí)驗(yàn)．
【提出問題】鐵銹蝕速率與哪些因素有關(guān)？
【查閱資料】
①物質(zhì)溶解在水中得到的混合物稱為水溶液，如氯化鈉溶解在水中得到氯化鈉溶液，乙醇溶解在水中得到乙醇溶液．
②氯化鈉溶液能導(dǎo)電；乙醇溶液不能導(dǎo)電．
【猜想】
鐵的銹蝕速率與下列因素有關(guān)：①反應(yīng)時(shí)的溫度；②氧氣的含量；③水溶液的導(dǎo)電性．
【實(shí)驗(yàn)】
每次取兩套如圖（2）所示的裝置，編號(hào)為I、II．向兩套裝置中分別裝入質(zhì)量、大小相同的鐵釘和等體積的蒸餾水，進(jìn)行如下三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，各瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)保持一致）．

影響因素	實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論及解釋
①溫度	將裝置I放入25℃恒溫環(huán)境中，裝置II放入40℃恒溫環(huán)境中．	兩套裝置中鐵釘均銹蝕，且U型管中液面均由b處上升至a處，則所需時(shí)間I＞II．	銹蝕的速率I＜II；鐵的銹蝕速率與反應(yīng)時(shí)的溫度有關(guān)，溫度越高，銹蝕速率越快．
②氧氣含量	在相同溫度下，裝置I中充滿氧氣，裝置II中充滿空氣	兩套裝置中鐵釘均銹蝕，且U型管中液面均由b處上升至a處，則所需時(shí)間I＜II	鐵的銹蝕速率與氧氣的含量有關(guān)，氧氣的含量越多，鐵的銹蝕越快．
③水溶液的導(dǎo)電性	在相同溫度下，裝置I集氣瓶中加入10mL氯化鈉溶液；裝置II集氣瓶中加入10mL乙醇．	兩套裝置中鐵釘均銹蝕；且U型管中液面均由b處上升至a處，則所需時(shí)間I＜II．	鐵的銹蝕速率與溶液是否導(dǎo)電有關(guān)，溶液導(dǎo)電性越強(qiáng)，鐵的銹蝕速率越快

（3）若將兩根鐵釘分別放入兩支試管中，在一支試管中加入稀硫酸，另一支試管中加入稀鹽酸，觀察到兩支試管內(nèi)均有大量氣泡產(chǎn)生，鐵釘逐漸溶解，在酸溶液中被快速腐蝕．
【反思與提高】
①根據(jù)該探究實(shí)驗(yàn)以及你所學(xué)的知識(shí)，判斷下列說法正確的是AC（填序號(hào)）．
A．金屬的腐蝕是指金屬單質(zhì)與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程
B．金屬越活潑，就越容易被銹蝕
C．金屬腐蝕不一定要有氧氣參加
②某同學(xué)向分別盛有等質(zhì)量的鐵粉和鋅粒的試管中，導(dǎo)入等質(zhì)量，等溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸，以“金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢”為標(biāo)準(zhǔn)來判斷兩種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱．有的同學(xué)認(rèn)為這種方案不夠合理，理由是等質(zhì)量的鐵粉和鋅粒與稀硫酸的接觸面積不同．
③將一定質(zhì)量的鐵粉放入硝酸銅、硝酸鋅的混合溶液中，充分反應(yīng)后過濾，所得固體中一定含有的物質(zhì)是銅，且反應(yīng)后溶液質(zhì)量比反應(yīng)前減小（選填“增大”“減小”或“不變”）
【拓展延伸】
（4）金屬M(fèi)長(zhǎng)期露置于空氣中，表面已經(jīng)被銹蝕，經(jīng)檢測(cè)，銹蝕物中除含有M外，還含有C、H、O三種元素．根據(jù)質(zhì)量守恒定律推測(cè)：
①使金屬M(fèi)銹蝕的物質(zhì)中一定有H₂O和CO₂（填化學(xué)式，下同），可能有O₂．
②小芳同學(xué)為了驗(yàn)證空氣中的O₂是否參加了反應(yīng)，設(shè)計(jì)了如圖（3）幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為其中必須要做的實(shí)驗(yàn)是AE（填序號(hào)），說明：所用蒸餾水經(jīng)煮沸迅速冷卻；固體干燥劑只吸水且不與其他物質(zhì)反應(yīng)．

Answer 1

分析 （1）鐵與水和氧氣同時(shí)接觸時(shí)容易生銹，因此隔絕水和氧氣可以防止鐵制品生銹；
（2）對(duì)比試驗(yàn)要確定好變量和常量；
（3）一些活潑的金屬，如鋁，在通常情況下能被空氣中的氧氣氧化成一層致密的氧化物保護(hù)膜；
鋅比鐵活潑，鐵比銅活潑，鐵能和硝酸銅反應(yīng)生成銅和硝酸亞鐵；
（4）根據(jù)物質(zhì)的組成元素、空氣的成分可以判斷相關(guān)方面的問題；
根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以判斷相關(guān)方面的問題．

解答 解：（1）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：鐵銹蝕是鐵與水和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程；
乙同學(xué)不同意他的觀點(diǎn)，認(rèn)為必須全面觀察試管ABC中發(fā)生的現(xiàn)象，并經(jīng)過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评�，才能得出上述結(jié)論；
B中加入的蒸餾水要事先煮沸，其目的是排出溶解在水中的氧氣．
故填：水和氧氣；ABC；排出溶解在水中的氧氣．
（2）三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)如下表所示：

影響因素	實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論及解釋
①溫度	將裝置I放入25℃恒溫環(huán)境中，裝置II放入40℃恒溫環(huán)境中．	兩套裝置中鐵釘均銹蝕，且U型管中液面均由b處上升至a處，則所需時(shí)間I＞II．	銹蝕的速率I＜II；鐵的銹蝕速率與反應(yīng)時(shí)的溫度有關(guān)，溫度越高，銹蝕速率越快．
②氧氣含量	在相同溫度下，裝置I中充滿氧氣，裝置II中充滿空氣	兩套裝置中鐵釘均銹蝕，且U型管中液面均由b處上升至a處，則所需時(shí)間I＜II	鐵的銹蝕速率與氧氣的含量有關(guān)，氧氣的含量越多，鐵的銹蝕越快．
③水溶液的導(dǎo)電性	在相同溫度下，裝置I集氣瓶中加入10mL氯化鈉溶液；裝置II集氣瓶中加入10mL乙醇．	兩套裝置中鐵釘均銹蝕；且U型管中液面均由b處上升至a處，則所需時(shí)間I＜II．	鐵的銹蝕速率與溶液是否導(dǎo)電有關(guān)，溶液導(dǎo)電性越強(qiáng)，鐵的銹蝕速率越快

（3）①A．金屬的腐蝕是指金屬單質(zhì)與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，該選項(xiàng)說法正確；
B．金屬越活潑，不一定越容易被銹蝕，例如鋁在通常情況下能被空氣中的氧氣氧化成一層致密的氧化物保護(hù)膜，從而防止進(jìn)一步被腐蝕，該選項(xiàng)說法不正確；
C．金屬腐蝕不一定要有氧氣參加，該選項(xiàng)說法正確．
故填：AC．
②有的同學(xué)認(rèn)為這種方案不夠合理，理由是等質(zhì)量的鐵粉和鋅粒與稀硫酸的接觸面積不同．
故填：等質(zhì)量的鐵粉和鋅粒與稀硫酸的接觸面積不同．
③將一定質(zhì)量的鐵粉放入硝酸銅、硝酸鋅的混合溶液中，充分反應(yīng)后過濾，所得固體中一定含有的物質(zhì)是銅，因?yàn)?6份質(zhì)量的鐵能夠置換出64份質(zhì)量的銅，因此反應(yīng)后溶液質(zhì)量比反應(yīng)前減小．
故填：銅；減�。�
（4）銹蝕物中除含有M外，還含有C、H、O三種元素．根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，其中的碳元素來自于空氣中的二氧化碳，氫元素來自于空氣中的水，氧元素可能完全來自于水，也可能完全來自于二氧化碳，也可能來自于水和二氧化碳，也可能來自于空氣中的氧氣，也可能來自于二氧化碳、水和氧氣，因此使金屬M(fèi)銹蝕的物質(zhì)中一定有H₂O和CO₂，可能有O₂；
為了驗(yàn)證空氣中的O₂是否參加了反應(yīng)，其中必須要做的實(shí)驗(yàn)是AE，通過比較可知空氣中的O₂是否參加了反應(yīng)．
故填：H₂O和CO₂；O₂；AE．

點(diǎn)評(píng) 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識(shí)奠定基礎(chǔ)．