Question

全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一．下面是对铁的腐蚀条件及铁锈组成的探究．
问题一：探究铁生锈的条件．
课本实验中，铁生锈所需要时间较长，某实验小组设计如下改进实验．
（1）检查装置的气密性：连接好装置，关闭分液漏斗的活塞，将C导管接入到装有水的烧杯中，微热甲装置，说明气密性良好的现象是

 

．
（2）反应开始后，甲装置中反应现象是

 

，MnO₂的作用是

 

．
（3）4min后观察：A处铁丝依然光亮，B处铁丝表面灰暗，D处铁丝依然光亮．该实验说明铁生锈主要与

 

和

 

有关．B、D处实验现象对比说明：决定铁生锈快慢的一个重要因素是

 

．
问题二：测定铁锈的组成．
铁锈的成分主要为Fe₂O₃?H₂O，还含有少量的FeCO₃．某兴趣小组设计如图装置测定锈铁钉的组成．取一高度腐蚀的干燥铁钉（含有少量铁），称其质量为20.08g，在N₂环境中，充分加热到质量不再减少．该过程中仅考虑发生反应：Fe₂O₃?H₂O

△   .

Fe₂O₃+H₂O↑，FeCO₃

△   .

FeO+CO₂↑，且不需要考虑装置中空气对本实验的影响．（物质的相对分子质量：Fe₂O₃?H₂O-178，FeCO₃-116）

（碱石灰成分：CaO和NaOH固体混合物，能吸收二氧化碳和水）
（4）若反应前后称得C装置总质量分别为100.00g和102.24g，则反应生成的CO₂和水蒸气的总质量为

 

g，D装置中碱石灰的作用是

 

（5）经过改进后，测得m（H₂O）=1.80g，m（CO₂）=0.44g，请计算锈铁钉的组成．
①锈铁钉中Fe₂O₃．H₂O的质量=

 

 g．
②锈铁钉中FeCO₃的质量=

 

g．
③锈铁钉中单质铁的质量分数=

 

．
（6）将20.08g该锈铁钉溶于足量的稀硫酸，充分反应后，产生的气体中是否有H₂？

 

（填“有”或“无”），请通过计算说明．
[已知：①Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O； ②铁在H₂SO₄和Fe₂（SO₄）₃混合溶液中先发生的反应为：Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄．Fe₂（SO₄）₃的相对分子质量为400]．

Answer 1

考点：探究金属锈蚀的条件,实验探究物质的组成成分以及含量,检查装置的气密性,常见气体的检验与除杂方法,根据化学反应方程式的计算

专题：科学探究

分析：问题一：（1）根据检查气密性的现象回答；
（2）根据实验室用过氧化氢制取氧气的现象回答；
（3）根据铁生锈的条件分析；
问题二：（1）根据质量守恒定律分析；
（2）要测出水的质量，用浓硫酸吸收；
（3）根据质量守恒定律计算；
（4）根据化学方程式进行计算．

解答：解：问题一：（1）检查装置的气密性，说明气密性良好的现象是C导管口有气泡；
（2）反应开始后，过氧化氢分解产生大量氧气，反应现象是 产生大量是气泡，MnO₂的作用催化剂；
（3）实验现象说明铁生锈主要与 水和 氧气有关．B、D处实验现象对比说明：决定铁生锈快慢的一个重要因素是 氧气的浓度，氧气浓度越大，铁生锈速度越快；
问题二：（1）根据质量守恒定律，反应生成的CO₂和水蒸气的总质量为102.24g-100.00g=2.24g，D装置中碱石灰的作用是 防止空气中的二氧化碳和水进入装置C中，影响实验结果．
（2）仅有上述实验数据，无法计算组成，在B、C之间增加 洗气瓶、浓硫酸，目的是测量生成水的质量；
（3）经过改进后，测得m（H₂O）=1.80g，m（CO₂）=0.44g，请计算锈铁钉的组成．
①锈铁钉中Fe₂O₃?H₂O的质量=

1.8g

18

×178=17.8g．
②锈铁钉中FeCO₃的质量=

0.44g

44

×116=1.16 g．
③锈铁钉中单质铁的质量=20.08-17.8-1.16=1.12g
铁的质量分数=

20.08g-17.8g-1.16g

20.08g

=5.6% 
（4）将20.08g该锈铁钉溶于足量的稀硫酸，充分反应后，产生的气体中没有H₂．
计算过程：
解：设铁钉与硫酸反应生成硫酸铁的质量为x，与硫酸铁反应的金属铁的质量为y，
Fe₂O₃的质量=17.8×160/178=16g
Fe的质量=20.08-17.8-1.16=1.12g
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O
160             400
16g              x

160

16g

=

400

x

x=40g
Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄
56     400
y       40g

56

y

=

400

40g

y=5.6g
5.6g＞1.12g，故铁的量少，不能和酸反应放出氢气．
故答案为：问题一（1）C导管口有气泡．
（2）产生大量是气泡，催化剂．
（3）水和氧气，氧气的浓度．
问题二：（1）2.24；防止空气中的二氧化碳和水进入装置C中．
（2）洗气瓶、浓硫酸．
（3）①17.8g．
②1.16g．
③5.6%．
（4）无．

点评：解答本题要掌握金属生锈的条件和防止金属生锈的方法，要充分理解探究实验的设计方法，只有这样才能对相关方面的问题做出正确的判断．