高中化学探究铁的吸氧腐蚀实验题

研究性学习小组探究金属锈蚀的条件，进行如下对照实验：

（1）数天后铁钉明显锈蚀的装置是              ；
（2）铁制品锈蚀的条件是                      ；
（3）铁钉生锈主要属于              腐蚀（填“化学”或“电化学”）；

取6根铁钉，6支干净的试管及其他材料，如图所示。

试管①放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触；
试管②在试管底部放入硅胶(是一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触；
试管③先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水(已赶出原先溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触；
试管④中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触；
试管⑤放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片；
试管⑥放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水，浸没铁钉和铜丝。
把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。
（1）上述实验中铁钉发生了电化学腐蚀的是____ (填试管序号)；在电化学腐蚀中，负极反应是__________。
（2）从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉被腐蚀的条件是___________。
（3）为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是_______(答两种方法)。

取6根铁钉，6支干净的试管及其他材料，如图所示。

试管①放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触；
试管②在试管底部放入硅胶(是一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触；
试管③先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水(已赶出原先溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触；
试管④中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触；
试管⑤放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片；
试管⑥放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水，浸没铁钉和铜丝。
把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。
（1）上述实验中铁钉发生了电化学腐蚀的是______ (填试管序号)；在电化学腐蚀中，负极反应是________，正极反应是__________。
（2）从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉被腐蚀的条件是_____________。
（3）为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是___________(答两种方法)。

某碳素钢锅炉内水垢的主要成分是碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、铁锈、二氧化硅等。水垢会形成安全隐患，需及时清洗除去。清洗流程如下：
Ⅰ．加入NaOH和Na₂CO₃混合液，加热，浸泡数小时；
Ⅱ．放出洗涤废液，清水冲洗锅炉，加入稀盐酸和少量NaF溶液，浸泡；
Ⅲ．向洗液中加入Na₂SO₃溶液；
Ⅳ．清洗达标，用NaNO₂溶液钝化锅炉。
（1）用NaOH溶解二氧化硅的化学方程式是         。
（2）已知：
20℃时溶解度/g

CaCO3	CaSO4	Mg（OH)2	MgCO3
1.4×10^-3	2.55×10^-2	9×10^-4	1.1×10^-2

根据数据，结合化学平衡原理解释清洗CaSO₄的过程            。
（3）在步骤Ⅱ中：
① 被除掉的水垢除铁锈外，还有                       。
② 清洗过程中，溶解的铁锈会加速锅炉腐蚀，用离子方程式解释其原因             。
（4）步骤Ⅲ中，加入Na₂SO₃的目的是                    。
（5）步骤Ⅳ中，钝化后的锅炉表面会覆盖一层致密的Fe₂O₃保护膜。
① 完成并配平其反应的离子方程式：

②下面检测钝化效果的方法合理的是       。
a. 在炉面上滴加浓H₂SO₄，观察溶液出现棕黄色的时间
b. 在炉面上滴加酸性CuSO₄溶液，观察蓝色消失的时间
c. 在炉面上滴加酸性K₃[Fe（CN)₆]溶液，观察出现蓝色沉淀的时间
d. 在炉面上滴加浓HNO₃，观察出现红棕色气体的时间

在生产生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题．兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究．
（1）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，其它操作请仔细观察图1：____ 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____                          _____ ．

（2）如图2所示，铁处于A、B、C三种不同的环境中，铁被腐蚀的速率由大到小的顺序是（填序号）____．
（3）据报道，全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值（GNP）的4%．
①钢铁在发生电化学腐蚀时，负极反应为：________          _ ．
②请写出用稀硫酸除去铁锈的化学反应方程式为：____                  _____ ．
③请根据不同的原理，提出防止钢铁腐蚀的两条合理措施：_________ 、      _____ ．

某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞（如图1）。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。
 
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）：

编号	实验目的	碳粉/g	铁粉/g	醋酸/%
①	为以下实验作参照	0.5	2.0	90.0
②	醋酸浓度的影响	0.5		36.0
③		0.2	2.0	90.0

（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t₂时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了      腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了      （填“氧化”或“还原”）反应，其电极反应式是       。

（3）经过相当长的一段时间，图1锥形瓶中混合物表面生成了一层红棕色的铁锈，取少量铁锈于试管中，加入稀盐酸，取少量反应之后的溶液检验其中的Fe³⁺，检验Fe³⁺最灵敏的试剂是大家熟知的KSCN，可以检验痕量的Fe³⁺。还可用KI来检验：2Fe³⁺+2I^－2Fe²⁺+I₂，有资料认为这可能是一个可逆反应。Fe³⁺与I^－反应后的溶液显深红色，它是I₂溶于KI溶液的颜色。为探究该深红色溶液中是否含Fe³⁺，进而证明这是否是一个可逆反应，试利用实验室常用仪器、用品及以下试剂设计方案并填写位于答题卷的下表。0.1 mol/L的FeCl₃、KI、KSCN、NaOH、H₂SO₄、KMnO₄溶液，CCl₄，蒸馏水。

编号	实验操作	预期现象和结论
①	在试管中加入少量该FeCl3溶液和 （填少量、过量）的KI溶液。	深红色如期出现
②	将试管中的混合溶液转移至 （填仪器）中，倒入一定量的       ， 塞住活塞，充分振荡（萃取），静置。
③

 

在生产生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题．兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究．
（1）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，其它操作请仔细观察图1：_________ 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_________ ．

（2）如图2所示，铁处于A、B、C三种不同的环境中，铁被腐蚀的速率由大到小的顺序是（填序号）：_________ ．
（3）据报道，全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值（GNP）的4%．
①钢铁在发生电化学腐蚀时，负极反应为：_________ ．
②请写出用稀硫酸除去铁锈的化学反应方程式为：_________ ．
③请根据不同的原理，提出防止钢铁腐蚀的两条合理措施：_________ 、_________ ．

(10分)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和炭粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图所示)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。
（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：

编号	实验目的	炭粉/g	铁粉/g	醋酸/%
①	为以下实验作参照	0.5	2.0	90.0
②	醋酸浓度的影响	0.5		36.0
③		0.2	2.0	90.0

（2）编号①实验测得容器中的压强随时间的变化如图(a)所示。t₂时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了________腐蚀，请在图(b)中用箭头标出发生该腐蚀时电子的流动方向；此时，炭粉表面发生了________(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是__________。
                     
(a)                      (b)
（3）该小组对图(a)中0～t₁时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：
假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；
假设二：________；
……
（4）为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H₂的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，补全实验步骤和结论。
实验步骤和结论
①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、
出导管)；
②通入氩气排净瓶内空气；
③                                                                。

高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：
Fe₂O₃(s)+3CO(g)  2Fe(s)+3CO₂(g)   ΔH =" a" kJ  mol^－1
（1）已知：
①Fe₂O₃(s)+3C(石墨) = 2Fe(s)+3CO(g)   ΔH₁ =" +" 489.0 kJ  mol^－1 
②C(石墨)+CO₂(g) = 2CO(g)            ΔH₂ =" +" 172.5 kJ  mol^－1
则a =         kJ  mol^－1。
（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K =       ，温度升高后，K值        （填“增大”、“不变”或“减小”）。
（3）在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	2.0	1.0	1.0

 
① 甲容器中CO的平衡转化率为        。
② 下列说法正确的是         （填字母）。
a．若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态
b．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的
c．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2∶3
d．增加Fe₂O₃可以提高CO的转化率
（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀。下列装置中的烧杯里均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液。
①在a～c装置中，能保护铁的是        （填字母）。
②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是           （填名称）。

(15分) 某同学设计了如下图所示装置（部分夹持装置已略去），该装置可以用来进行多项
实验研究。

请回答：
（1）用上述装置探究影响化学反应速率的因素。
①圆底烧瓶中发生反应的离子方程式是      。
②用上述装置进行实验，以生成9.0 mL气体为计时终点，结果为t₁＞t₂。

序号	V(H2SO4)/mL	c(H2SO4)/mol·L^－1	t/s
Ⅰ	40	1	t1
Ⅱ	40	4	t2

 
比较实验Ⅰ和Ⅱ可以得出的实验结论是      。
③若将锌片换成含杂质的粗锌片，且控制其他条件使其与上述实验完全一致，所测得的反应速率均大于上述实验对应的数据。粗锌片中所含杂质可能是（填序号）      。
a．石墨        b．银      c．铜          d．沙粒（二氧化硅）
（2）用上述装置测定粗锌片的纯度。
①连接好装置，检查装置气密性，称量粗锌片mg置于圆底烧瓶中，滴加足量稀硫酸，充分反应直至不再产生气体为止，测得气体体积为VL，则粗锌片的纯度为      。
②本实验在读数前对量气管的操作是      。
③本套装置中若考虑滴入的稀硫酸的体积（假设其它操作都正确），则测得的气体的体积将      。（填“偏大”、“偏小”或“无影响”，）
（3）用上述装置验证生铁在潮湿空气中会发生吸氧腐蚀。
①圆底烧瓶中的试剂可选用（填序号）      。
a．NH₄Cl溶液       b．C₂H₅OH           c．Na₂CO₃溶液       d．稀硫酸
②能证明生铁在潮湿空气中会发生吸氧腐蚀的现象是      。

某小组按图1所示的装置探究铁的吸氧腐蚀。完成下列填空：
    
（1）图2 是图1所示装置的示意图，在图2的小括号内填写正极材料的化学式；在方括号内用箭头表示出电子流动的方向。
（2）写出正、负极反应的方程式。正极：                ，负极：               。
（3）按图1装置实验，约8分钟才看到的导管中液柱上升，下列措施可以更快更清晰地观察到液柱上升的是                 。
a．用纯氧气代替具支试管内的空气
b．用食盐水浸泡过的铁钉再蘸取铁粉和炭粉的混合物
c．用毛细尖嘴管代替玻璃导管，并向试管的水中滴加少量红墨水
（4）升高温度可以加快化学反应速率，建议用酒精灯加热具支试管。这一措施        （填“可行”或“不行”）。
（5）有同学观察到图1装置在组装时就会使导管中液面低于试管中液面，导致实验时导管中液柱上升需要更多的时间。图1装置组装时，使导管中液面低于试管中液面的原因是      。消除这一现象的简单操作是                                                      。

某研究小组对铁生锈进行研究：

（1）经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：上图中的铁钉最容易生锈的是     （填字母）；
（2）根据实验条件判断，在铁钉的锈蚀过程中，正极的电极反应为：        ；      
（3）若为了防止铁钉生锈，该小组同学想在铁钉表面镀上一层金属，该金属最好是         
A. 锡         B. 铜         C. 锌    
（4）钢铁容易腐蚀，工业生产中常需对钢铁进行“发蓝”处理，以有效避免或减缓钢铁的腐蚀。所谓“发蓝”，就是在钢铁零件等进行氧化处理，使其表面形成一层致密的蓝黑色氧化膜。发蓝处理过程可表示如下：

为检验经过步骤Ⅳ处理的铁件是否合格，常往成品表面滴上5%的硫酸铜溶液，如果成品不合格（即铁件表面有微小松孔，未形成致密的氧化膜），一段时间将观察到的现象为__________________________。

(12分)铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：

首先检查制取氧气装置的气密性，然后按上图所示连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：①直形导管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直形导管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。
试回答以下问题：
(1)由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于____________。
(2)仪器A的名称为____________，其中装的药品可以是________，其作用是________。
(3)由实验可知，该类铁生锈的条件为____________________________________ ____________________________________。
决定铁生锈快慢的一个重要因素是________。

铁生锈是比较常见的现象，某实验小组，为研究铁生锈的条件，设计了以下快速.易行的方法：

首先检查制氧气装置的气密性，然后按图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③中潮湿的铁丝依然光亮。
试回答以下问题：
(1)由于与接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于___________。
能表示其原理的反应方程式为_____________________________________
(2)仪器A的名称为______________，其中装的药品可以是_____     __________，其作用是___________________________________________
(3)由实验可知，该类铁生锈的条件为_______________________________________。决定铁生锈快慢的一个重要因素是_____________________________________________

如何防止铁的腐蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：

序号	内容	实验现象
1	常温下将铁丝放在干燥空气中一个月	干燥的铁丝表面依然光亮
2	常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时	铁丝表面依然光亮
3	常温下将铁丝放在潮湿空气中一个月	铁丝表面已变得灰暗
4	将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时	铁丝表面略显灰暗
5	将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时	铁丝表面已变得灰暗
6	将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时	铁丝表面灰暗程度比实验5严重

回答以下问题：
⑴上述实验中发生了电化学腐蚀的是（填实验序号）                      ，在电化学腐蚀中，负极反应是_______________          ，正极反应是_______________               。
⑵由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是                                        。
⑶下列对金属制品采取的防护方法不正确的是                 （填序号）。
A．在电线的外面包上一层塑料层     
B．在自行车钢圈上镀上一层金属铬
C．在海轮的铁制外壳上焊上铜块