Question

小明家院子里的花架采用了铁架结构，使用不久就生锈了．为了延长使用年限，需要采取防锈措施．小明召集课外活动小组的同学根据金属锈蚀的知识，探究防止铁架锈蚀的方法．
【提出问题】铁架为什么会生锈？怎样才能防止它的生锈？
【查阅资料】铁生锈的过程主要分为两类：一类是在酸性较强的潮湿环境中发生的析氢腐蚀；另一类是在酸性较弱或中性条件下，不纯的铁、空气在潮湿的环境中发生的吸氧腐蚀：2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃，2Fe（OH）₃=Fe₂O₃+3H₂O．
【假设猜想】假设一：钢铁生锈主要是氧气造成的；
假设二：钢铁生锈主要是潮湿的环境造成的；
假设三：

 

【实验探究】
（1）根据假设二，小明设计实验如图1所示．一周后发现，试管B中的铁钉无明显变化，试管A中的铁钉明显锈蚀．你同意小明的实验设计吗？

 

，请说明理由：

 

；若不同意，请你写出合理的实验方案：

 

．
（2）通过探究，小明认为可以在铁架外涂油漆、矿物油或镀保护层等防止铁架生锈，其原理是

 

．
【实验结论】
（3）通过探究你得出的结论是

 

【拓展应用】小芳、小亮两位同学发现铜质眼镜架上出现了一些绿色的锈渍．经查阅资料得知，铜锈的化学成分是碱式碳酸铜[Cu₂（OH）₂CO₃]．他们依照钢铁生锈的探究方法设计如下实验（如图2所示）．请回答：
（4）推测一段时间后会出现铜锈的是

 

试管内的铜片．（填“①”、“②”或“③”）
（5）小芳同学认为要弄清导致铜锈蚀的因素，还应该补充实验，如图3所示的实验，其目的是

 

．
【深入探究】查阅资料：氧化铁可做过氧化氢分解的催化剂．请你设计实验探究氧化铁也能做过氧化氢分解的催化剂，写出实验步骤和现象．

Answer 1

考点：探究金属锈蚀的条件,催化剂的特点与催化作用

专题：科学探究

分析：【假设猜想】
猜想为：钢铁生锈主要是氧气造成的；钢铁生锈主要是潮湿的环境造成的；钢铁生锈是氧气和潮湿环境的共同作用造成的．
【实验探究】
如果实验设计不合理，也可能得出错误的结论；
根据实验结论可以判断防止钢铁制品生锈的方法．
【实验结论】
根据实验操作、实验现象可以得出实验结论．
【拓展应用】
铜与水、氧气、二氧化碳同时接触时能够生锈；
氢氧化钠溶液能够吸收二氧化碳气体．
【深入探究】
催化剂能够改变化学反应的速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都不变．

解答：解：【假设猜想】
假设三：钢铁生锈是氧气和潮湿环境的共同作用造成的．
故填：钢铁生锈是氧气和潮湿环境的共同作用造成的．
【实验探究】
（1）不同意小明的实验设计，这是因为A试管中的铁钉除与水接触外，还与空气接触；
应该再增加应该对比试验：增加一个试管C，在试管C中注满蒸馏水，把铁钉浸没在蒸馏水中，试管口用胶塞密封．
故填：不同意；A试管中的铁钉还与空气接触；增加一个试管C，在试管C中注满蒸馏水，把铁钉浸没在蒸馏水中，试管口用胶塞密封．
（2）通过探究，小明认为可以在铁架外涂油漆、矿物油或镀保护层等防止铁架生锈，其原理是使铁架与水和氧气隔绝．
故填：使铁架与水和氧气隔绝．
【实验结论】
（3）通过探究你得出的结论是：钢铁生锈是铁与空气（或氧气）、水共同作用的结果．
故填：钢铁生锈是铁与空气（或氧气）、水共同作用的结果．
【拓展应用】
（4）推测一段时间后会出现铜锈的是①试管内的铜片，这是因为①试管内的铜片与水、氧气和二氧化碳同时接触．
故填：①．
（5）小芳同学认为要弄清导致铜锈蚀的因素，还应该补充实验，如图3所示的实验，其目的是证实二氧化碳也是导致铜生锈的因素之一．
故填：证实二氧化碳也是导致铜生锈的因素之一．
【深入探究】
实验步骤：常温下，取10mL5%的H₂O₂溶液于试管中，观察反应速率；
取1g氧化铁加入10mL5%的H₂O₂溶液，观察反应速率的变化；
待反应结束后，过滤、干燥并称量固体质量；
再把干燥后的氧化铁加入到10mL5%的H₂O₂溶液，观察反应速率变化；
实验现象：加入氧化铁后，反应速率明显加快，反应后氧化铁的质量还是1g，并且能再次加快H₂O₂的分解；
实验结论：氧化铁可做过氧化氢分解的催化剂．

点评：合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．