铁制品锈蚀条件的探究实验.pdf

科学中考-技法点拨铁制品锈蚀条件的探究实验刘青青刘青青铁的锈蚀实验是初中化学的重要试验，也是重要的 考点。分析近几年的中考化学试题发现,本部分内容除 了考查控制变量探究铁锈蚀条件和其他金属的锈蚀探 究，还会利用数字化的手段探究金属锈蚀的实验及铁锈 蚀速率的影响因素。试题类型主要有选择题、填空题和 探究题。一、控制变量，探究铁的锈蚀条件一、控制变量，探究铁的锈蚀条件【例11如图1所示，将两枚光亮的铁钉分别用细线 吊置于甲、乙中，并使部分铁钉露出液面。放置一段时 间,出现了锈蚀。下列说法不正确的是()图1A.甲、乙气体含氧气的体积分数不相等B.甲中，铁钉在植物油内的部分没有锈蚀C.乙中，铁钉在水面下的部分锈蚀最严重D.丙中,导管内上升一段水柱【解析】A.甲水面上用植物油封住，阻止了氧气溶 于水,只有植物油上部分锈蚀，而乙水上水下的铁钉都锈 蚀，消耗更多的氧气，所以气体含氧气的体积分数不相 等，故A说法正确;B甲水面上用植物油封住，阻止了氧 气溶于水，铁钉在植物油内的部分因为没有接触到氧气 而没有锈蚀，故E说法正确;C.乙中，铁钉锈蚀最严重是 水面接触处，因为此处铁钉与氧气和水接触最充分，故C 说法错误;D.因为乙中铁钉锈蚀消耗了氧气，使装置内 的压强减小,产生了压强差，在大气压的作用下，将丙烧 杯中部分水压入导管中，故D说法正确。二、类比铁的锈蚀，推导其他金属锈蚀条件二、类比铁的锈蚀，推导其他金属锈蚀条件【例21走近千年文物，人们发现青铜器在含有C1-的环境中易生成Cu Cl,随着环境条件的变化而发生锈 蚀，锈层物质成分示意图如图2所示。下列叙述错误的 是()A.铜绿中含有Cu、H、O、C四种元素B.Cu Cl与O2.H20发生化合反应生成Cu2(OH)3C1C.青铜器在锈蚀的过程中铜元素的化合价升高D.在干燥、无氧的环境中有利于青铜器的保护【解析】A.由铜绿的化学式Cu2(OH)2CO3可知，铜 绿中含有Cu、H、O、C四种元素，正确；B生成物为 Cu2(OH)2CO3.Cu2(OH)3C1 两种，不符合“多变一”特 征，不是化合反应,错误;C.青铜器在锈蚀的过程中，由 Cu Cl 中的+1 价变为 Cu2(OH)2CO3.Cu2(OH)3C1 中的+2价，铜元素的化合价升高,正确;D.在干燥、无氧的 环境中有利于青铜器的保护，正确。三、利用数字化的手段,探究铁的锈蚀三、利用数字化的手段,探究铁的锈蚀【例【例31某项目学习小组用传感器开展“影响铁锈蚀 因素”的探究，设计如图3所示的实验装置并完成实验。实验过程中，传感器采集数据绘制得到如图4的甲、乙两图42023 06 15科学中考/KEXUEZHONG KAO【资料1】一定条件下,碳和氯化钠溶液可加快铁的 锈蚀，但它们本身不参加反应。【资料2】该实验步骤如下：检查装置气密性；装药品，将5克铁粉和2克碳粉加入锥形瓶，并 加入2毫升饱和氯化钠溶液；立即塞紧橡皮塞，橡皮塞上已插有一支装有5毫 升稀盐酸的注射器及传感器；观察现象，采集数据。用所学知识及以上资料信息完成下列问题：(1)实验进行一段时间后，注射器中的盐酸会自动注入瓶内,原因是_;(2)结合图4甲、乙两图，0勺段温度升高,瓶内压 强减小;乙7段温度升高,瓶内压强增大，解释产生这 两个不同现象的原因。【解析】(1)将5克铁粉和2克碳粉加入锥形瓶，并 加入2毫升饱和氯化钠溶液，一定条件下，碳和氯化钠溶 液可加快铁的锈蚀,铁生锈消耗瓶内氧气，瓶内压强减 小，当瓶内气压减小到一定程度,大气压将注射器的活塞 下压或瓶内气压减小，盐酸被吸入瓶内；(2)0段温 度升高，瓶内压强减小,原因是铁生锈消耗氧气并放热,故温度升高，消耗氧气使压强减小，反应放热使温度升 高、压强增大,消耗氧气减小的压强大于温度升高增大的 压强，瓶内压强减小;怎段温度升高，瓶内压强增大,原因是瓶内气压减小,盐酸自动注入瓶内,盐酸与铁反应 产生氢气并放出大量的热，温度升高，温度升高和产生氢 气都使压强增大。四、对比实验，探究影响铁的锈蚀速率的因素四、对比实验，探究影响铁的锈蚀速率的因素【例41兴趣小组借助如图5所示的装置(夹持装置 已略)及相关试剂粗略测量空气中02的体积分数。图5(1)实验前用砂纸打磨铁钉至光亮的目的是_O(2)铁生锈发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气 和水反应生成氢氧化亚铁,请写出该反应的化学方程式(3)已知试管剩余空间和导管体积为20 mL,导管 截面积约为1 c m?,充分反应后，形成稳定液柱时,读取读数为4.1 c m,则空气中氧气的体积分数为_%(计算结果精确到0.1%)。(4)实验时发现上述测量过程因反应较慢耗时较 长,同学们想缩短实验测定时间，于是对影响铁生锈速率 的因素进行探究。【提出假设】假设一:溶液的酸碱度。假设二:Na Cl溶液的浓度。请你再提出一种影响铁生锈快慢的因素，假设三：【实验探究】借助上述实验装置,通过控制铁钉用量 等其他条件均相同时，调节溶液的pH获得了如表所示 的实验数据。pH2.05.56.06.57.0&0液柱高/c m00.64.14.14.14.1形成稳定液柱时间/min3.03.05.15.31 5.61 7.5【实验结论】为了使实验现象更明显并且缩短实验测 定时间,pH的最佳范围是_o【实验反思】当pH=2时，没有观察到稳定液柱形 成的原因是_o还可以采取何种方法缩短实验时间_(答一条即可)。【解析】(1)铁暴露在空气中，容易生锈，表面形成氧 化物,所以实验前进行打磨，除去表面的氧化物，利于实 验进行。(2)反应物为铁、氧气和水，生成物为氢氧化亚 铁,化学方程式为 2Fe+O2+2H20=2Fe(0 H)2o(3)导管截面积约为1 c m?,充分反应后,形成稳定液柱 时，读取读数为4.1 c m,液体上升的体积=4.1 c mX 1 c m?=4.1 c n?=4.】mL,由实验原理可知，瓶内氧气体 积为4.1 mL,氧气的体积分数歸磐X 100%=20.5%。(4)【提出假设】影响反应速率因素除了上述猜想 外,升高温度,增大接触面积等都可以加快反应速率。【实验结论】由实验数据可知，在pH为6.0到6.5 之间时，形成稳定液柱的时间较短，所以最佳pH为6.0 6.5O【实验反思】在pH=2时，溶液酸性较强,铁与酸 反应生成了氢气,试管内生成气体增多，导致内部压强增 大,不会形成稳定液柱;增大Na Cl溶液的浓度、升高 温度、增大反应物的接触面积,都可以加快反应速率，缩 短实验时间。16