【同步实验课】实验04 探究铁生锈的条件（教师版）-2024年初中化学同步实验教学（下册）

【同步实验课】 探究铁生锈的条件 【实验目 的】 1．观察铁钉在不同条件下的生锈情况，探究生锈的原因及机制。 2．学会控制变量法设计实验方。 【实验仪 器】 试管、橡皮塞 【实验试 剂】 铁钉、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花、干燥剂氯化钙、稀硫酸、氯化钠 【实验步 骤】 (1) 将5 支试管分别编号为、B、、D、E (2) 试管中加入少量蒸馏水，使铁钉一半浸没在水中 B 试管中铁钉全部浸没在经煮沸迅速冷却的蒸馏水中，水面上加一层植物油 试管中放入铁钉，加入少量干燥剂，再放一团干棉球，塞紧橡皮塞 D 试管中加入少量氯化钠溶液，使铁钉的一半浸在盐水中 E 试管中加入用稀硫酸浸没过的铁钉 (3) 将5 支试管放在实验室观察1 周，每天记录实验现象 【实验记 录】 B D E 立即观察 无现象 无现象 无现象 无现象 无现象 1 天后 无现象 无现象 无现象 铁钉表面开 始生锈 铁钉表面开 始生锈 3 天后 无现象 无现象 无现象 铁锈增多 铁锈增多 1 周后 铁钉表面开 始生锈 无现象 无现象 锈蚀严重 锈蚀严重 【实验讨 论】 铁发生锈蚀的条件：铁与水和氧气 ( 或空气 ) 同时接触，酸溶液或氯化钠等溶液会加快铁锈 蚀的速率。 1 铁钉生锈实验设计 01 实验梳理 02 实验点拨 03 典例分析 04 对点训练 05 真题感悟 (1)实验中要用煮沸过的蒸馏水的目的是除去水中溶解的氧气。 (2)B 试管实验在水面上加一层植物油的目的是隔绝氧气。 2 钢铁的生锈 (1)原理：铁在空气中锈蚀，实际上是铁与氧气、水等物质作用，发生一系列复杂的化学反应，转化为 铁的化合物的过程。 (2)铁锈的成分：铁锈的主要成分是Fe23，铁锈属于混合物。 (3)铁锈蚀属于缓慢氧化，该过程放出热量。 (4)铁锈是一种红棕色疏松多孔的物质，空气中的氧气和水分穿过它的空隙，不断向内层渗透，持续跟 铁反应，所以铁锈对铁起不到保护作用。如不及时除去，铁甚至会完全锈蚀。 【注意】除锈方法： （1）物理方法：用砂纸打磨，用刀刮。 (2)化学方法：用酸清洗(酸不能过量)。 3 防止钢铁锈蚀的原理和方法 (1)原理：破坏钢铁锈蚀的条件，使铁制品隔绝氧气或水。 (2)减缓钢铁制品生锈的措施： “ ①干”：保持铁制品表面清洁干燥。 “ ②膜”：在钢铁表面覆盖保护膜，如涂油、喷漆或搪瓷等。 “ ③镀”：在钢铁表面镀上一层其他金属，如镀铬、镀锌等。 “ ④烤”：用化学方法使钢铁表面形成致密的氧化膜，如锯条上的烤蓝等。 “ ⑤改”：改变内部结构，添加其他元素制成合金，如钢铁中加镍、铬制成不锈钢等。 【典例01】下列实验设计能够达到其对应实验目的的是( ) ． 检查装置气密性 B． 测定空气中氧气的含量 ． 探究铁钉锈蚀的条件D． 探究2溶于水生成酸 【答】B 【详解】、该装置通过长颈漏斗和外界相通，无法用图中方法检查装置的气密性，图中操作错误，不符合 题意； B、红磷燃烧消耗氧气，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，故打开弹 簧夹，烧杯中的水进入集气瓶，进入水的体积就是消耗氧气的体积，符合题意； 、左边试管中铁钉只与水接触，不生锈，右边试管中铁钉只与氧气接触，不生锈，无法探究铁钉锈蚀的条 件，不符合题意； D、二氧化碳能溶于水，也能导致装置内气体减少，压强减小，软塑料瓶变瘪，无法探究二氧化碳溶于水 生成酸，不符合题意。 故选B。 【典例02】铁是世界年产量最高的金属材料，下列关于铁的叙述不正确的是( ) ．铁生锈时生成四氧化三铁 B．表面涂漆以防止铁生锈 ．铁制品应放置于干燥的环境中 D．寻找金属代用品可保护金属资源 【答】 【详解】 铁生锈时生成三氧化二铁，此选项错误； B 铁生锈是铁与氧气、水共同作用的结果，表面涂漆可使铁与氧气、水隔绝，所以铁制品表面涂漆能防止 铁生锈，此选项正确； 铁生锈是铁与氧气、水共同作用的结果，所以铁制品应放置于干燥的环境中，能防止铁生锈，此选项正确； D 寻找金属代用品可保护金属资源，此选项正确。 故选。 【典例03】我国自主制造的航母下海，为保证航母的使用寿命，下列防锈措施不可行的是( ) ．给某些部位涂油 B．刷防锈漆 ．船体经常用稀盐酸清洗 D．用抗锈蚀性能优异的合金制造航母零部件 【答】 【详解】、涂油可隔绝氧气和水，防止铁生锈，该措施可行； B、刷漆可隔绝氧气和水，防止铁生锈，该措施可行； 、铁锈的主要成分为氧化铁，氧化铁能与盐酸反应，但铁也能与盐酸反应，该措施不可行； D、合金的抗腐蚀性更好，该措施可行。 故选。 1．(22·23·广西·模拟预测)钢铁锈蚀造成金属资源浪费的同时还可能引发安全事故，下列铁制品的防锈原理 与其他三项不同的是( ) ．用不锈钢制餐具 B．自行车链条涂油 ．水龙头表面镀铬 D．给金属栏杆刷漆 【答】 【详解】、不锈钢为铁合金，则该防锈原理为将铁制成合金； B、链条涂油是通过隔绝空气从而防锈； 、水龙头表面镀铬是通过隔绝空气从而防锈； D、刷漆通过隔绝空气从而防锈。 故选。 2．(22·23 下·中山·三模)深中通道是我国的一个超级工程，其中建设大桥时使用了大量钢材，下列对钢材防 腐蚀的有关措施错误的是( ) ．钢材表面涂防锈漆 B．用生铁代替钢材 ．制成耐海水的合金钢 D．钢索用一层塑料包裹 【答】B 【详解】、钢材表面涂防锈漆，可以隔绝氧气和水，防止钢材生锈，不符合题意； B、钢的抗腐蚀性比生铁强，故用生铁代替钢材，不能防腐蚀，符合题意； 、合金比组成它的纯金属抗腐蚀性好，故制成耐海水的合金钢，可以防腐蚀，不符合题意； D、钢索用一层塑料包裹，可以隔绝氧气和水，防止钢材生锈，不符合题意。 故选B。 3．(22·23 上·保定·期末)铁是生活中常用的金属，如图是某“取暖片”外包装的图片。该“取暖片”中发热 剂主要成分有铁粉、活性炭、氯化钠、水等，其发热是利用铁生锈时会放热。 (1)发热剂需接触到空气才会发热，原因是铁要与 、 共同作用才会生锈。 (2)铁锈的结构很疏松，其主要成分是 。 (3)生活中，为防止铁制品生锈，人们采用的方法是 (写出一条即可)。 【答】(1) 氧气 水 (2)Fe23·x2 (3)刷油漆(合理即可) 【详解】(1)发热剂需要接触到空气才会发热，原因是铁要与氧气、水共同作用才会生锈； (2)铁锈的结构很疏松，其主要成分是Fe23·x2； (3)生活中，为防止铁制品生锈，人们采用的方法是刷油漆(合理即可)，以隔绝氧气和水。 4．(22·23 上·唐山·期末)某学习小组用相同的光亮铁钉探究铁生锈与哪些因素有关，设计的实验如图所示： (1)一周后观察：试管①和③中的铁钉无明显变化，试管②中的铁钉明显生锈。探究发现铁生锈的主要条件 是铁与 和 直接接触，其中试管②中铁钉的、B、三处中 处锈蚀最严重。 (2)试管①中加入的蒸馏水要事先煮沸，其目的是 。 (3)沙漠地区的铁制品锈蚀较慢的原因是 ； (4)防止炒菜铁锅生锈常采用的方法是 ；学校车棚的铁架防生锈方法是 等。 【答】(1) 水 氧气 B (2)除去水中溶解的氧气 (3)空气干燥，水蒸气含量少 (4)保持洁净干燥(合理即可) 刷漆(合理即可) 【详解】(1)一周后观察：试管①和③中的铁钉无明显变化，试管②中的铁钉明显生锈。探究发现铁生锈的 主要条件是铁与水和氧气直接接触，试管②铁钉中的、B、三处中，B 处与水和氧气同时接触，锈蚀最严 重。 (2)试管①中加入的蒸馏水要事先煮沸，因为温度升高，气体溶解度减小，故其目的是除去溶解在水中的氧 气。 (3)沙漠地区的空气干燥，缺少铁生锈的必要条件水，所以锈蚀较慢。 (4)防止铁制品生锈的原理是隔绝氧气或水，故防止炒菜铁锅生锈常采用的方法是保持洁净干燥；学校车棚 的铁架防生锈方法是刷漆等。 5．(22·23 上·牡丹江·期末)某化学兴趣小组利用以下实验装置探究铁制品锈蚀的条件。 【提出问题】铁制品锈蚀的条件是什么？ 【设计实验】取3 根无锈的铁丝设计如图所示的三个实验(铁丝足量且实验时间足够长) 【实验现象】 中铁丝生锈，B、铁丝无明显变化，打开中的止水夹后还能观察到的现象是 。 【实验结论】 由实验可以得出铁制品锈蚀的条件是 。 【拓展与延伸】 小明在旅途中发现，海边铁制渔船上的锈迹比江边铁制渔船的多，他提出问题：海水会加快铁的生锈吗？ 为验证这一问题，设计以下数字化实验： 实验1 实验药品：长5m、直径1mm 铁丝，15mL 蒸馏水； 实验2 实验药品：长5m、直径1mm 铁丝，15mL 海水。 实验结果如图像1 (1)根据图像1 分析可知铁生锈会 (填“吸收”或“放出”)热量； (2)根据该实验可以得出结论： ； 【思考与运用】 根据铁制品生锈条件，写出一条生活中防止铁锈蚀的具体方法 。 【答】右边液面下降，左边液面上升至刻度1 铁生锈需要氧气和水 放出 海水能够促进铁生锈 保 持铁制品表面干燥 【详解】【实验现象】 实验Ⅰ中铁丝生锈，当铁丝足量，时间足够长，打开止水夹后，还能观察到的现象是右边液面下降，左边 液面上升至刻度1，是因为铁生锈消耗氧气，并且氧气约占空气总体积的五分之一； 【实验结论】 实验Ⅰ中铁与氧气和水接触，生锈，实验Ⅲ中铁只与水接触，不生锈，故对比实验Ⅰ、Ⅲ，可以得到铁生 锈需要氧气和水； 【拓展与延伸】 (1)根据图1，过程中温度升高，说明铁生锈会放出热量； (2)根据图1 可知，单位时间内，放在海水中的铁生锈放热多，即反应速率较快，可以得出结论：海水能够 促进铁生锈； 【思考与运用】 根据铁生锈是铁和氧气和水共同作用，因此防锈措施是保持铁制品表面干燥(合理即可) 6．(22·23 下·莆田·期末)某化学兴趣小组利用以下实验装置探究铁生锈的条件。 【提出问题】铁生锈的条件是什么？ 【设计实验】取根无锈的铁丝设计如图所示的三个实验。 【实验现象】(1)实验Ⅰ中铁丝生锈，当铁丝足量，时间足够长，打开止水夹后，还能观察到的现象是 。 【实验结论】(2)对比实验 (填序号)，可以得出铁生锈需要氧气；得出“铁生锈需 要与水接触”这一结论 所依据的现象是 。 【拓展与延】(3)小明在旅途中发现，海边铁制渔船上的锈迹比江边铁制渔船的多，他提出问题：海水会加 快铁的生锈吗？为验证这一问题，设计以下数字化实验： 实验 实验药品 实验1 长5m、直径1mm 铁丝，15mL 蒸馏水 实验2 长5m、直径1mm 铁丝，15mL 海水 ①根据图1，说明铁生锈会 (选填“吸收”或“放出”)热量。 ②根据以上图象，可以得出结论： 。 【实践应用】(4)有时候铁制品腐蚀不一定是因为锈蚀而引起的，如用铁桶盛装农药波尔多液(含硫酸铜溶 液)就很容易被腐蚀，写出该反应的化学方程式 。 【答】 右边液面下降，左边液面上升至刻度1 Ⅰ、Ⅲ 实验Ⅰ中铁生锈，实验中铁不能生锈 放出 海水能够促进铁生锈 Fe+uS4=u+FeS4 【详解】[实验现象] (1)实验Ⅰ中铁丝生锈，当铁丝足量，时间足够长，打开止水夹后，还能观察到的现象是右边液面下降，左 边液面上升至刻度1，是因为铁生锈消耗氧气，并且氧气约占空气总体积的五分之一。 [实验结论] (2)对比实验Ⅰ、Ⅲ，实验变量是是否与氧气接触，可以得出铁生锈需要氧气；得出“铁生锈需要与氧气接 触”这一结论所依据的现象是实验Ⅰ中铁生锈，实验中没有和水接触，铁不能生锈。 [拓展与延] (3)①根据图3，过程中温度升高，说明铁生锈会放出热量。 ②根据图3 可知，单位时间内，放在海水中的铁生锈放热多，即反应速率较快，可以得出结论：海水能够 促进铁生锈。 [实践应用] (4)铁的金属活动性强于铜，所以铁单质会和硫酸铜溶液发生反应生成铜单质和硫酸亚铁，化学方程式为： Fe+uS4=u+FeS4。 7．(22·23 上·沈阳·期末)金属铁对人类的生产生活和社会发展有着极其重要的作用。请回答下列问题： 铁的性质 为除去铜屑中的少量铁屑，某同学设计了以下两个实验方： (1)写出方Ⅰ中有关反应的化学方程式 ，其基本反应类型为 。此方得出两种金属的活动性由强到弱 的顺序为 。 (2)以上两个实验方中，说明你选择的方和理由： 。 铁的冶炼 如图为实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验改进装置(部分夹持仪器略去)。 实验步骤如下： 连接好装置，并检查装置的气密性； Ⅱ装好药品……； Ⅲ实验结束，先撤去酒精喷灯，继续通直至玻璃管冷却。 (3)补全步骤Ⅱ，装好药品， 。 (4)实验中可看到处玻璃管里的实验现象： ，发生反应的化学方程式为 。 (5)盛满石灰水的B 装置在此实验中的作用有 (填序号)。 ①收集多余的 ②检验并吸收反应生成的2 (6)工业上用含氧化铁480t 的赤铁矿为原料炼铁，得到含杂质4%的生铁。据此填写下列框图中有关物质的 质量 。 铁的锈蚀与防护 取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管，进行如图实验，一段时间后发现、D 试管内铁钉被锈蚀，D 管 内铁钉有较厚铁锈。B、管内铁钉无明显变化(氯化钙固体用于除去试管内的水蒸气)。 (7)对比、B 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。 (8)对比、D 试管中实验现象，说明铁锈蚀还与 有关。 (9)铁锈蚀后应及时除锈的原因是 。 (10)生活中为防止铁锅被锈蚀可采用的方法有 。 【答】(1)Fe+uS4=FeS4+u 置换反应 铁>铜/Fe>u (2)Ⅰ，可以制得更多的铜(Ⅱ，便于观察是否除尽。) (3)先通入一段时间一氧化碳，再点燃酒精喷灯 (4)红色粉末变黑 3+Fe23 2Fe+32 (5)①② (6)480；336；350 (7)2/氧气 (8)l/氯化钠 (9)铁锈疏松多孔，铁能进一步被锈蚀 (10)保持铁锅的干燥整洁 【详解】(1)①除去铜屑中的少量铁屑，加入适量硫酸铜溶液，铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，化学方 程式为：Fe+uS4=FeS4+u，故填写：Fe+uS4=FeS4+u； ②该反应符合置换反应“一换一”的特征，故填写：置换反应； ③因为铁能把硫酸铜中的铜置换出来，说明铁的金属活动性比铜强，故填写：铁>铜(Fe>u)。 (2)选择方，由于铁与硫酸铜反应置换出了铜，使铜的质量在原有基础上增加，选择方，由与铁与稀硫酸反 应产生了氢气，所以，我们会观察到有大量气泡产生，便于观察少量铁是否除尽，故填写：Ⅰ，可以制得 更多的铜(Ⅱ，便于观察是否除尽。) (3)装好药品后，要先通一段时间一氧化碳，再点燃酒精喷灯，将装置中的空气赶净，防止点燃酒精喷灯时， 一氧化碳与空气混合发生爆炸，故填写：先通入一段时间一氧化碳，再点燃酒精喷灯。 (4)①实验中可看到处玻璃管里的实验现象是红棕色粉末变为黑色，故填写：红色粉末变黑； ②处发生的反应是一氧化碳与氧化铁在高温下生成铁与二氧化碳，化学方程式为： ，故填写： 。 (5)由于一氧化碳难溶于水，可以用排水法收集一氧化碳，所以，盛满石灰水的B 装置可以收集多余的，又 因为2通入澄清石灰水中，可以使澄清石灰水变浑浊，可以用来检验生成物二氧化碳，并通过反应将二氧 化碳吸收，故填写：①②。 (6)由题干可知，氧化铁的质量为480t，将该纯净物质量代入化学方程式求解生成纯铁的质量； 解：设生成纯铁质量为x 由题干可知，得到含杂质4%的生铁，由此，得出生铁中含有96%的铁，根据公式： 可得， ，故填写：480；336；350。 (7)由图可知，试管中铁钉有一部分暴露在空气中，无氧蒸馏水与空气的接触面铁钉生锈，B 试管中铁钉浸 泡在无氧蒸馏水中并用植物油与空气中氧气隔绝，所以，B 试管中铁钉不生锈，说明铁锈蚀主要是与空气 中的2发生化学反应，故填写：2(氧气)。 (8)由图可知，试管中铁钉有一部分暴露在空气中，无氧蒸馏水与空气的接触面铁钉生锈，B 试管中铁钉有 一部分浸泡在无氧蒸馏水配制的饱和l 溶液中，一段时间后发现、D 试管内铁钉被锈蚀，D 管内铁钉有较 厚铁锈，说明铁锈蚀还与氯化钠有关，故填写：l(氯化钠)。 (9)铁锈蚀后应及时除锈的原因是铁锈疏松多孔，铁能进一步被锈蚀，故填写：铁锈疏松多孔，铁能进一步 被锈蚀。 (10)生活中为防止铁锅被锈蚀可采用的方法有保持铁锅的干燥整洁，故填写：保持铁锅的干燥整洁。 1．(22·23 下·十堰·中考真题)下列设计的实验方能达到目的的是( ) 实 验 目 验证甲烷由碳、 氢元素组成 探究催化剂对22溶 液分解速率的影响 探究同种溶质在不同 种溶剂中的溶解性 探究铁生锈的条件之一 是与空气(或氧气)接触 的 实 验 方 选 项 B D ． B．B ． D．D 【答】D 【详解】、甲烷燃烧后，会看到干冷的烧杯中有水雾，该实验能证明甲烷燃烧生成水，可以说明甲烷中含 有氢元素，但不能说明甲烷中含有碳元素，故不符合题意； B、该实验有溶液浓度、催化剂两个变量，不能探究催化剂对过氧化氢溶液分解速率的影响，故B 不符合 题意； 、温度、溶剂种类都不同，变量不唯一，不能探究同种溶质在不同溶剂中的溶解性，故不符合题意； D、两个试管中的变量是空气(或者氧气)，可以探究铁生锈的条件之一是与空气(或者氧气)接触，故D 符合 题意； 故选D。 2．(22·23·泰安·中考真题)设计对比实验，控制变量是学习化学的重要方法。下列对比实验不能达到目的的 是( ) 选 项 B D 实 验 设 计 实 验 目 的 探究同种物质在不同溶剂中 的溶解性 鉴别硬水和软水 探究铁生锈的条 件 比较Fe 和Z 的金属活动性 强弱 ． B．B ． D．D 【答】 【详解】、氯化钠在水中溶解的比汽油中的多，说明同种物质在不同溶剂中的溶解性不同，该选项能够达 到实验目的； B、向水中加入肥皂水时，如果产生的泡沫较多，是软水，如果产生大量浮渣，是硬水，该选项能够达到 实验目的； 、实验过程中，两边试管中的铁钉都无明显现象，说明铁只和水或氧气接触不能生锈，但无法证明铁生锈 需要的条件，该选项不能够达到实验目的； D、比较Z 和Fe 的金属活动性强弱，Z 和Fe 的质量相等，稀盐酸浓度和体积也相同，因此