题目内容

【题目】世界上每年因锈蚀而报废的金属设备和材料高达产量的20%~40%,某实验小组对金属锈蚀进行如下实验探究。

(实验一)取5枚去油去锈的洁净铁钉,分别装入下表的试管中,进行实验。

实验图示

生锈时间

8min

较长时间不生锈

5min

3min

1min

(1)通过上述实验可知,温度越高,铁钉生锈速率越_____(填“慢”或“快”),在_____(填“稀醋酸”、“水”或“稀氨水”)中铁钉生锈速率较快。

(实验二)为探究铁锈的成分,用图1所示装置(夹持仪器已省略)进行实验(每步反应和吸收均完全)。

(查阅资料)无水硫酸铜吸水会由白色变为蓝色,碱石灰既能吸水也能吸收CO2。

(进行实验)

(2)指出如图1所示实验装置的一个明显缺陷________。

(3)加热前,先通入CO一段时间,目的是_____________。

(4)将铁锈样品加热,无水硫酸铜逐渐变蓝,由此推知铁锈中一定含有______元素,从而推断出空气中的______参加了铁生锈反应.

(实验记录)

铁锈样品的质量/g

装置B的质量/g

装置C的质量/g

反应前

23.2

232.4

198.2

反应后

/

239.6

211.4

(实验记录)

(5)根据上表数据可以确定铁锈的成分。若用FexOynH20表示, n=_________;

若缺少装置D,则x:y的值将________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。

(6)欲使用如图2所示装置探究镁带在空气中锈蚀的条件,已知镁带生锈的产物为碱式碳酸镁[Mg3(OH)2(CO3)2],则试管内可选用的物质有:

①O2 ②水 ③CO2 ④O2和CO2 ⑤CO2和水 ⑥O2和水 ⑦O2、CO2和水

至少需要选择_______(填序号)做对比实验,才能达到探究镁带锈蚀的条件。

(7)写出镁带在空气中锈蚀的化学方程式________。

【答案】快 稀醋酸 没有进行尾气处理 排尽装置内的空气,防止发生爆炸 氢 水 4 偏小 ④⑤⑥⑦ 6Mg+3O2+4CO2+2H2O=2Mg3(OH)2(CO3)2

【解析】

(1)对比实验1和实验4,实验3和实验5可知,温度越高铁钉生锈速率越快;对比实验1、2、3可知,铁钉在稀醋酸中锈蚀较快;

(2)尾气中含有有毒的一氧化碳气体,该装置中没有将其处理;

(3)一氧化碳具有可燃性,不纯时加热或点燃易发生爆炸,所以先通入CO一段时间,排净装置内的空气;

(4)无水硫酸铜能吸收水而变蓝,将铁锈样品加热,样品逐渐变黑,无水硫酸铜逐渐变蓝,这说明了反应后有水生成,说明铁锈中含有氢元素,也就是铁锈蚀的过程中有水参与;

(5)硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为:FexOynH2O+yCO xFe+yCO2+nH2O,根据实验数据可知,反应中生成水的质量=(239.6g-232.4g)=7.2g,生成二氧化碳的质量=(211.4g-198.2g)=13.2g;

设:参加反应的CO的质量为w,则

w=8.4g

由质量守恒定律可知,生成铁的质量为:23.2g+8.4g-13.2g-7.2g=11.2g;由于反应前后元素的种类与质量不变,所以23.2gFexOynH2O中含铁元素的质量为11.2g;含有“H2O”部分质量=7.2g;则余下的氧元素质量为:23.2g-11.2g-7.2g=4.8g则有:,则FexOynH2O的化学式为Fe2O34H2O;D装置中的碱石灰既能吸收水也能吸收CO2,防止了空气中二氧化碳与水被装置C吸收而造成质量偏大,若没有装置D,则装置C因为吸收了空气中的水蒸气和二氧化碳而质量偏大,由此计算出的二氧化碳质量偏大,导致氧元素的质量偏大,则x:y的值将偏小;

(6)通过实验探究镁带在空气中锈蚀的条件,应该选择这样几组实验:④O2和CO2;⑤CO2和水;⑥O2和水;⑦O2、CO2和水四组实验进行对比;故填:④⑤⑥⑦;

(7)由镁带在空气中锈蚀,生成碱式碳酸镁[Mg3(OH)2(CO3)2]可以推测,是镁与氧气、水和二氧化碳反应生成了碱式碳酸镁,反应的化学方程式是6Mg+3O2+4CO2+2H2O=2Mg3(OH)2(CO3)2。

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