Question

12．研究金屬的腐蝕對資源的利用和保護意義重大．
（1）為了探究鐵腐蝕的條件，進行如圖（1）所示的實驗，經過一周后觀察：

通過實驗發現：鐵銹蝕是鐵與水和氧氣發生化學反應的過程．甲同學認為，試管A發生的現象能夠說明這一點．乙同學不同意他的觀點，認為必須全面觀察試管ABC（選填試管編號）發生的現象，并經過科學嚴謹的推理，才能得出上述結論．
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．為了進一步探究影響鐵銹蝕速率的因素，做了如下的實驗．
【提出問題】鐵銹蝕速率與哪些因素有關？
【查閱資料】
①物質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氯化鈉溶液能導電；乙醇溶液不能導電．
【猜想】
鐵的銹蝕速率與下列因素有關：①反應時的溫度；②氧氣的含量；③水溶液的導電性．
【實驗】
每次取兩套如圖（2）所示的裝置，編號為I、II．向兩套裝置中分別裝入質量、大小相同的鐵釘和等體積的蒸餾水，進行如下三組對比實驗（實驗開始時，各瓶內氣體壓強保持一致）．

影響因素	實驗設計	實驗現象	實驗結論及解釋
①溫度	將裝置I放入25℃恒溫環境中，裝置II放入40℃恒溫環境中．	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，則所需時間I＞II．	銹蝕的速率I＜II；鐵的銹蝕速率與反應時的溫度有關，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，則所需時間I＜II	鐵的銹蝕速率與氧氣的含量有關，氧氣的含量越多，鐵的銹蝕越快．
③水溶液的導電性	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，則所需時間I＜II．	鐵的銹蝕速率與溶液是否導電有關，溶液導電性越強，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，觀察到兩支試管內均有大量氣泡產生，鐵釘逐漸溶解，在酸溶液中被快速腐蝕．
【反思與提高】
①根據該探究實驗以及你所學的知識，判斷下列說法正確的是AC（填序號）．
A．金屬的腐蝕是指金屬單質與其它物質發生化學反應的過程
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某同學向分別盛有等質量的鐵粉和鋅粒的試管中，導入等質量，等溶質質量分數的稀硫酸，以“金屬表面產生氣泡的快慢”為標準來判斷兩種金屬的活動性強弱．有的同學認為這種方案不夠合理，理由是等質量的鐵粉和鋅粒與稀硫酸的接觸面積不同．
③將一定質量的鐵粉放入硝酸銅、硝酸鋅的混合溶液中，充分反應后過濾，所得固體中一定含有的物質是銅，且反應后溶液質量比反應前減小（選填“增大”“減小”或“不變”）
【拓展延伸】
（4）金屬M長期露置于空氣中，表面已經被銹蝕，經檢測，銹蝕物中除含有M外，還含有C、H、O三種元素．根據質量守恒定律推測：
①使金屬M銹蝕的物質中一定有H₂O和CO₂（填化學式，下同），可能有O₂．
②小芳同學為了驗證空氣中的O₂是否參加了反應，設計了如圖（3）幾個實驗，你認為其中必須要做的實驗是AE（填序號），說明：所用蒸餾水經煮沸迅速冷卻；固體干燥劑只吸水且不與其他物質反應．

Answer 1

分析 （1）鐵與水和氧氣同時接觸時容易生銹，因此隔絕水和氧氣可以防止鐵制品生銹；
（2）對比試驗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膜；
鋅比鐵活潑，鐵比銅活潑，鐵能和硝酸銅反應生成銅和硝酸亞鐵；
（4）根據物質的組成元素、空氣的成分可以判斷相關方面的問題；
根據實驗設計可以判斷相關方面的問題．

解答 解：（1）通過實驗發現：鐵銹蝕是鐵與水和氧氣發生化學反應的過程；
乙同學不同意他的觀點，認為必須全面觀察試管ABC中發生的現象，并經過科學嚴謹的推理，才能得出上述結論；
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）三組對比實驗如下表所示：

影響因素	實驗設計	實驗現象	實驗結論及解釋
①溫度	將裝置I放入25℃恒溫環境中，裝置II放入40℃恒溫環境中．	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，則所需時間I＞II．	銹蝕的速率I＜II；鐵的銹蝕速率與反應時的溫度有關，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，則所需時間I＜II	鐵的銹蝕速率與氧氣的含量有關，氧氣的含量越多，鐵的銹蝕越快．
③水溶液的導電性	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，則所需時間I＜II．	鐵的銹蝕速率與溶液是否導電有關，溶液導電性越強，鐵的銹蝕速率越快

（3）①A．金屬的腐蝕是指金屬單質與其它物質發生化學反應的過程，該選項說法正確；
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膜，從而防止進一步被腐蝕，該選項說法不正確；
C．金屬腐蝕不一定要有氧氣參加，該選項說法正確．
故填：AC．
②有的同學認為這種方案不夠合理，理由是等質量的鐵粉和鋅粒與稀硫酸的接觸面積不同．
故填：等質量的鐵粉和鋅粒與稀硫酸的接觸面積不同．
③將一定質量的鐵粉放入硝酸銅、硝酸鋅的混合溶液中，充分反應后過濾，所得固體中一定含有的物質是銅，因為56份質量的鐵能夠置換出64份質量的銅，因此反應后溶液質量比反應前減小．
故填：銅；減小．
（4）銹蝕物中除含有M外，還含有C、H、O三種元素．根據質量守恒定律可知，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銹蝕的物質中一定有H₂O和CO₂，可能有O₂；
為了驗證空氣中的O₂是否參加了反應，其中必須要做的實驗是AE，通過比較可知空氣中的O₂是否參加了反應．
故填：H₂O和CO₂；O₂；AE．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．