Question

12．在生产和生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已成为科学研究和技术领域的重大问题．化学兴趣小组的同学在实验室中对金属的腐蚀进行了探究．
【活动与探究一】
分别在三个洁净干燥的试管中各加一个洁净无锈的铁钉，再在其中两个试管中加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，其他操作请仔细观察图1：

（1）探究结论：Ⅰ号试管中的铁钉最容易生锈．由此可见，铁制品生锈需要的条件是铁与氧气和水接触．
（2）将实验中已生锈的铁钉长时间放入足量稀盐酸中，可观察到的现象有铁锈溶解，溶液呈黄色，有气泡生成，溶液呈浅绿色，反应的化学方程式分别为Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O、2HCl+Fe═FeCl₂+H₂↑．
【活动与探究二】
向铁粉中加入少量的炭粉（模拟铁钉的成分），混合均匀后，撒入内壁分别用稀盐酸和氯化钠溶液润湿过的两只具支试管（分别标记为a、b），按图2装好仪器．几分钟后，打开止水夹，观察发现：a装置右侧小试管中液面上升，导管中液面下降；而b装置右侧小试管中液面下降，导管中液面上升，b装置固体混合物中发现有红色物质生成．
（3）请你推测：a装置右侧小试管中液面上升的原因是铁与盐酸反应生成氢气，左侧试管中气体增加；b装置右侧小试管中液面下降的原因是氧气与铁反应，左侧试管中气体减少．

Answer 1

分析 （1）铁生锈的条件是：与氧气接触，有水参加；
（2）生锈的铁钉放入稀盐酸，先是铁锈溶解，然后铁与盐酸反应；
（3）而单质铁可以和盐酸反应生成氢气，导致支管试管内气压增大排出导管内气体，致使图a中试管内液体上升；铁生锈消耗了氧气，导致支管试管内气压降低，致使图b中试管内液体下降．

解答 解：（1）铁生锈的条件是：与氧气接触，有水参加，二者缺一不可；
（2）铁锈（Fe₂O₃）与盐酸反应而消失，溶液成黄色（Fe³⁺颜色），化学反应式是：Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O；当铁锈反应完后，铁进一步反应，铁与盐酸反应生成氢气，溶液呈浅绿色（Fe²⁺颜色），化学反应式是：2HCl+Fe═FeCl₂+H₂↑．
 （3）a装置中的铁与盐酸反应生成了氢气，左侧试管中气体增加，压强变大，液体进入右侧小试管，使小试管内液面上升；而b装置中的氧气与铁和水发生了反应会减少，左侧试管中气体减少，压强变小，右侧小试管中的液体进入左侧大试管，小试管内液面下降．
故答案为：（1）铁与氧气和水接触；
（2）铁锈溶解，溶液呈黄色，有气泡生成，溶液呈浅绿色；Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O；2HCl+Fe═FeCl₂+H₂↑；
（3）铁与盐酸反应生成氢气，左侧试管中气体增加（导管内压强增大）；  氧气与铁反应，左侧试管中气体减少（导管内压强减少）．

点评 铁生锈的条件是氧气和水都与铁接触，酸与铁反应生成氢气，氯化钠能促进铁的锈蚀．生锈的铁钉与酸反应，一般只考虑第一步，第二步反应一般不予考虑．