初中化学探究金属锈蚀的条件试题

钢铁的腐蚀是重要研究课题。

[知识回顾]用如图1所示实验进行铁钉腐蚀的研究。一段时间后试管A、B中铁钉几乎没有生锈，而试管C中铁钉明显锈蚀，试管D、E中铁钉严重锈蚀。

（1）由A、B、C的现象可知，铁的锈蚀是铁跟　（填化学式）等物质作用的过程。

（2）试管B中使用“煮沸并迅速冷却的蒸馏水”，其目的是　　。

[实验探究]向试管D中（含生锈铁钉）加入过量10%稀盐酸，浸泡。可观察到铁锈逐渐消失，铁钉表面有气泡产生，溶液呈黄色，一段时间后黄色变为浅绿色。

（3）写出铁锈溶于盐酸的化学方程式：　　。

（4）推测试管D中溶液由黄色变为浅绿色，可能是因为氯化铁与某些物质发生反应所致。现进行如表3个实验（持续10小时，已知氢气不影响该反应）

序号	实验Ⅰ	实验Ⅱ	实验Ⅲ
实验内容
现象	溶液颜色始终呈黄色	产生红褐色沉淀	溶液逐渐由黄色变浅绿色

①设计实验Ⅰ的目的是　　。

②综合分析上述3个实验，试管D中溶液由黄色变为浅绿色的原因是　　。

[拓展延伸]研究水样的pH、水中溶解氧浓度与钢铁腐蚀速率的关系。查阅相关文献得到如下资料。

（5）图2表示水样温度22℃、氧含量6mL•L^﹣1时，钢铁腐蚀速率与水样pH的关系。当pH＜4时，钢铁腐蚀速率明显增大的原因是　　。

（6）图3表示温度22℃、pH＝7时，钢铁腐蚀速率与水中溶解氧浓度的关系。当溶解氧超过20mL•L^﹣1时，钢铁腐蚀速率明显下降的原因可能是　　。

某学习小组对铁锈蚀进行探究。

【提出问题】铁锈蚀与哪些因素有关？

【查阅资料】

1.氯化钙固体可作干燥剂。

2.一定条件下，碳可加快铁的锈蚀，但碳本身不参加反应。

3.常温常压，氢气密度是dg/mL。

【设计与实验】

实验一：定性探究铁锈蚀的因素

取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管，进行图1实验，现象如表1。

表1

试管	一周后现象
A	铁钉表面有一层铁锈
B	铁钉表面无明显变化
C	铁钉表面无明显变化
D	铁钉表面有较厚铁锈

（1）对比A、B、C试管中实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中的 　        　发生化学反应。

（2）对比A、D试管中实验现象，说明铁锈蚀还与 　      　有关。

（3）铁锈蚀后应及时除锈的原因是 　                    　。写出除铁锈的化学方程式 　                     　。

实验二：定量探究铁锈蚀的因素

小组设计了图2装置，检查气密性，将5g铁粉和2g碳粉加入三颈烧瓶，t₁时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一只装有5mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。

（4）据图3，t₂时刻后反应并未停止温度却开始降低，原因是 　             　。

（5）据图4，对比AB段和BC段说明 　               　，分析t₃时刻后压强突然变大的原因是 　                                              　。

实验三：测定铁锈含量

将实验二烧瓶中剩余物质过滤、洗涤、干燥，得mg固体，连接图5装置，检查气密性，加入固体与足量稀盐酸进行实验。

（6）完全反应后，常温常压下测得生成气体体积为VmL，则该固体中铁锈质量分数表达式为 　　                 。

（7）该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是 　             　，解决方法是 　                      　。

【反思与评价】

（8）与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是 　                  　。

某小组同学在探究铁生锈的条件时，将铁钉浸没在试管里的食盐水中，一段时间后，发现试管底部出现了黑色粉末。该小组同学对此黑色粉末进行了如下探究。

[提出问题]试管中黑色粉末的成分是什么呢？

[猜想与假设]猜想①Fe 猜想②Fe₂O₃猜想③Fe₃O₄猜想④FeCl₃

[查阅资料]Fe₃O₄是黑色晶体，能被磁铁吸引。

[分析讨论]

你认为上述四个猜想中，不做实验就可排除的是猜想　　和猜想　　，理由是　　、　　。

[实验探究]

（1）将试管中黑色粉末干燥后，用磁铁靠近，发现黑色粉末能被磁铁吸引，于是得出结论，黑色粉末一定是Fe，你认为该结论正确吗？　　（填“正确”或“不正确”），理由是　　。

（2）请你设计一个实验方案，用化学方法验证黑色粉末是否为Fe。

实验操作	实验现象及结论
取　　，加入　　。	如果有　　，则黑色粉末是Fe。 如果没有　　。

某同学发现自己眼镜框中铜制部位表面有绿色的铜锈，他联想到探究铁生锈条件的实验，决定采用控制变量法探究铜生锈的原因，请你一起探究。

【提出问题】铜生锈的原因是什么？

【查阅资料】铜锈的主要成分是Cu₂（OH）₂CO₃，俗称铜绿。

【猜想与假设】根据查阅的资料猜测：铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果，理由是 　                                                 　。

【设计与实验】他仿照探究铁生锈条件的实验，设计并进行了如下四个实验（说明：实验中用到的蒸馏水均已煮沸过且铜片已打磨干净）。

实验编号	一	二	三	四
实验装置
实验现象	铜片不生锈	铜片不生锈	铜片不生锈	铜片生锈

在上述实验三中，控制的因素是 　      　，制取氧气的方法与加热高锰酸钾制取氧气的方法相比具有的优点是 　           　（写一条）。铜生成铜绿的化学方程式为 　                                   　。

【实验结论】他的猜想正确。

【反思与提高】

（1）生活中你会发现厨房中的铁锅与水接触的部分最容易生锈，切开的苹果不久后变成咖啡色，好像生了“锈”。这些物质“生锈”除了与水有关外，都与 　      　（填物质名称）有关。

（2）请你提出一条延长食品保质期的建议：　                        　。

（3）要除去眼镜框表面的铜绿，应选用的药品是 　        　（写一种）。

线上学习，居家实验。小明用三枚洁净无锈的铁钉，设计如图所示实验，探究铁生锈的条件。下列说法错误的是（　　）

A．乙试管中植物油的作用是隔绝空气

B．只有甲试管中的铁钉有明显锈迹

C．乙丙两支试管的实验现象说明铁生锈需要水

D．实验表明铁生锈是铁与空气和水共同作用的结果

掌握科学的研究方法，探索化学世界的奥秘。

（1）实验是学习化学的重要途径，对比法是一种常用的实验方法。请完成下列实验中的问题：

实验一：探究燃烧的条件

如图所示，为证明燃烧需要可燃物，可用玻璃棒分别蘸取蒸馏水和 　　，置于酒精灯火焰上，观察现象。

实验二：探究铁锈蚀的条件

①试管 　（填字母）中的铁钉生锈。

②通过对比试管B、C中的现象，可以得出铁生锈需要与 　　接触。

（2）在"宏观一微观一符号"之间建立联系，是学习化学特有的思维方式。一氧化碳燃烧的微观模拟示意图如图所示：

依据图中所给信息，回答下列问题：

①写出该反应的化学方程式： 　　，其基本反应类型是 　　。

②从微观角度分析

a．CO和CO ₂的组成元素相同，但化学性质不同，其原因是 　　。

b．化学反应前后 　　不变（写一点）。

（3）比较与归纳是学习化学的重要方法。由碳、氢元素组成的物质种类繁多，烷烃就是其中一类重要的物质，下表列出了烷烃的一些信息。

名称	甲烷	乙烷	丙烷	丁烷	戊烷	己烷	……
化学式	CH 4	C 2H 6	C 3H 8	C 4H 10	C 5H 12	C 6H 14	……
碳元素的质量分数	75.0%	80.0%	81.8%	82.8%	83.3%	83.7%	……
1g物质完全燃烧消耗氧气的质量/g	4.00	3.73	3.64	3.59	3.56	3.53	……

分析表中数据，我们可以总结出一些与烷烃相关的变化规律，写出其中的两条：

①随着烷烃分子中碳原子数的增加，碳元素的质量分数逐渐 　　（填"增大"或"减小"）。

② 　　。

利用铁粉、炭粉、氯化钠进行铁的锈蚀实验（装置如图所示，装置气密性良好）。实验1min后温度计读数上升，8min后打开止水夹，水倒吸入锥形瓶。实验数据如下表：

实验前的体积		实验后的体积
锥形瓶内空气（含导管内空气）	烧杯内水	烧杯内剩余水
246.0mL	100.0mL	51.5mL

下列说法不合理的是（　　）

A．	铁的锈蚀是放热反应
B．	使用氯化钠溶液的目的是加快铁的锈蚀
C．	此实验能推断出铁的锈蚀需要水的参与
D．	计算得出空气中氧气的含量约为19.7%

根据如图装置回答问题。

（1）写出标号仪器的名称：①　　，②　　。

（2）实验室用装置B制取氧气的化学方程式为　　。

（3）下列混合气体（括号内气体为杂质）能用装置C进行除杂、干燥、收集的是　　（填序号）。

①O₂（CO₂）

②CO₂（HCl）

③NH₃（O₂）

④H₂（HCl）

（4）利用装置D进行实验探究得出铁生锈的条件是　　；若U形管水中的钢丝棉也产生少量锈迹，说明该实验还需改进，你的改进方法是　　。

小林学习金属的相关知识后，关注到生活中有以下现象：

Ⅰ．海边的铁制品，锈蚀程度比其他地方更严重。

Ⅱ．切过咸菜的菜刀，不及时清洗，很容易就锈蚀了。

针对Ⅰ和Ⅱ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	①	②	③
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Ⅰ和Ⅱ　　。

如图是探究铁钉锈蚀条件的4个实验，一段时间后观察现象。下列说法不正确的是（　　）

A．	①中甲、乙、丙三处比较，生锈最明显的地方是甲
B．	①②对比说明铁生锈需要空气，①③对比说明铁生锈需要水
C．	③中附着在棉花上的氯化钙的作用是作干燥剂
D．	四个实验中，生锈最快的是④中的铁钉

铁合金是生产生活中使用最广泛的金属材料，但铁制品容易被腐蚀而在表面生成红褐色的铁锈。为探究铁制品锈蚀的条件，寻找防止铁制品锈蚀的方法，现进行如下实验：

步骤1：利用如 图所示装置，将干燥的O₂从导管a通入U形管（装置气密性良好，药品如图所示）；待U形管内充满O₂后，将导管a、b处的止水夹k₁、k₂夹紧。

步骤2：一段时间后，观察U形管内三处铁丝表面的变化情况。

回答下列问题：

（1）步骤1中，检验U形管内已充满O₂的方法是　　。

（2）步骤2中，观察到①处没有明显变化，说明铁制品锈蚀的条件之一是需要有　　（填化学式），②处可能观察到的现象是　　，③处没有明显变化，说明纯铁的抗腐蚀能力较　　（填“强”或“弱”）。

（3）待U形管内有明显现象后，将b导管插入水中，打开止水夹k₂，观察到　　现象，说明该条件下铁制品锈蚀过程消耗了O₂。

（4）通过上述实验现象，请你提出一种防止铁制品锈蚀的方法（不包括制造纯铁）：　　。

久置的铜制品表面能生成绿色的铜锈[主要成分为Cu ₂（OH） ₂CO ₃]，某化学兴趣小组对铜生锈的条件进行了以下探究．

【提出猜想】根据铜锈的组成元素推测，铜生锈可能是铜与空气中的二氧化碳、水等物质反应的结果．

【实验设计】兴趣小组同学取打磨光量的铜丝，设计了如图所示的四个实验．

【现象分析】若干天后，发现只有D瓶中的铜丝出现绿色的铜锈，其他瓶中的铜丝均无铜锈出现．

（1）实验B、C瓶中所使用的蒸馏水是经煮沸后迅速冷却的蒸馏水，其目的是 　．

（2）B瓶与D瓶中的现象对比，可以得出的结论是 　　．

【实验结论】由上述四个实验可分析得出，铜生锈是铜与空气中的 　　共同作用的结果．

【拓展探究】以锈蚀严重的废铜屑为原料，回收制取纯铜．

查阅资料：Cu ₂（OH） ₂CO ₃+2H ₂SO ₄═2CuSO ₄+3H ₂O+CO ₂↑

        Cu ₂（OH） ₂CO ₃ 2CuO+H ₂O+CO ₂↑

如图是该兴趣小组设计的两种回收铜的实验方案：

【分析评价】①步骤Ⅱ反应过程中发生了还原反应的物质是 　　（填化学式）．

②步骤Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ都需要进行的实验操作是 　　．

③步骤Ⅴ过程发生反应的化学方程式为 　　．

④同一份废铜屑分别通过上述两种方案最终得到的铜的质量：方案一 　　（填"＞"或"＝"或"＜"）方案二．以上两种方案中，方案二优越于方案一，理由是 　　（任答一点）．

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）₂CO₃）。小组同学欲探究Cu₂（OH）₂CO₃的性质。

查阅资料：①Cu₂（OH）₂CO₃的化学性质与Cu（OH）₂和CuCO₃混合物的性质相同

②Cu（OH）₂受热分解生成CuO和H₂O，CuCO₃的化学性质和CaCO₃相似

③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。

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Fe₂O₃•xH₂O，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实验，得到铁钉质量增加情况如下表。

温度/℃	10	20	30	40	50	60	70
铁钉质量增加/g	0.02	0.04	0.08	0.16	0.18	0.18	0.18

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：　                                                                  　。

如图是初中化学教科书中的一些实验装置示意图。回答下列问题：

（1）A实验中，一段时间后可根据观察到　　的现象，得出铁生锈需要与氧气接触的结论；

（2）B实验中，观察到薄铜片上的乒乓球碎片先燃烧，滤纸碎片后燃烧，可以说明燃烧条件之一是　　；

（3）C实验可得到的结论是　　；

（4）D实验中，向水中加少量硫酸钠或氢氧化钠的目的是　　。