实验17 探究铁生锈的条件-中考化学实验精讲精练（解析版）

人教版2024下册/第八单元金属和金属材料/课题3金属资源的利用和保护实验17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案。【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【实验过程】装置铁钉一半浸在蒸馏水中铁钉全部浸没在蒸馏水中，水面上加一层植物油铁钉在干燥的空气中现象铁钉生锈，水面附近锈蚀最严重铁钉不生锈铁钉不生锈【实验分析】对比实验①②：控制铁钉、水等因素不变，通过有无空气存在时的实验，说明铁钉生锈需要空气；对比实验①③：控制铁钉、空气等因素不变，通过有无水存在时的实验，说明铁钉生锈需要水。【实验结论】铁生锈的主要条件：铁与空气和水（或水蒸气）直接接触1.铁钉生锈实验设计（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）装置②试管实验在水面上加一层植物油的目的是隔绝氧气。【注意】酸溶液或氯化钠等溶液会加快铁锈蚀的速率。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Fe2O3，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：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1】（24-25九年级上·江苏泰州·阶段练习）如图是探究铁钉锈蚀条件的4个实验，一段时间后观察现象。下列说法错误的是A．①②对比说明铁生锈需要空气，①③对比说明铁生锈需要水B．四个实验中，生锈最快的是④中的铁钉C．①中甲、乙、丙三处比较，生锈最明显的地方是甲D．③中附着在棉花上的干燥剂的作用是使试管里没有水分【答案】C【解析】A、①中铁钉与空气、水同时接触，会生锈；②中植物油可以隔绝空气，铁钉只与水接触，不生锈；③中干燥剂可以吸收水分，铁钉只与空气接触，不生锈，①②对比说明铁生锈需要空气，①③对比说明铁生锈需要水，A选项正确；B、④中通入氧气，则铁钉与更多的氧气接触，因此四个实验中，生锈最快的是④中的铁钉，B选项正确；C、①中甲、乙、丙三处比较，甲处只与空气接触，乙处与空气、水同时接触，丙处只与水接触，因此生锈最明显的地方是乙，C选项错误；D、③中附着在棉花上的干燥剂可以吸收水分，作用是使试管里没有水分，D选项正确。故选：C。【典例2】（2024·辽宁·中考真题）下列有关铁制品锈蚀与保护的说法不正确的是A．铁与氧气、水等反应导致铁制品锈蚀 B．将铁制成不锈钢能减缓锈蚀C．锈蚀的铁制品没有任何利用价值 D．铁栏杆表面刷漆能减缓锈蚀【答案】C【解析】A、铁制品锈蚀实际上是铁与空气中的氧气和水共同作用的结果，说法正确；B、不锈钢抗腐蚀性能较强，将铁制成不锈钢能减缓锈蚀，说法正确；C、锈蚀的铁制品具有回收价值，回收废旧金属能节约金属资源，减少环境污染，说法不正确；D、铁栏杆表面刷漆能减缓锈蚀，说法正确。故选：C。【典例3】（2024·山东滨州·中考真题）下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是A．经常用食盐水清洗铁制品 B．保持铁制品表面清洁干燥C．在铁制品表面涂油漆 D．在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属【答案】A【解析】铁生锈实际上是铁与空气中的氧气和水共同作用的结果，因此减缓或防止钢铁锈蚀的原理是避免铁制品同时与水和空气接触；A、经常用食盐水清洗铁制品，盐水会加快铁锈蚀的速率，不能减缓或防止钢铁锈蚀，符合题意；B、保持铁制品表面清洁干燥，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意；C、在铁制品表面涂油漆，能隔绝氧气和水，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意；D、在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属，能隔绝氧气和水，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意。故选：A。【典例4】（24-25九年级上·河北石家庄·期中）利用铁粉、炭粉、氯化钠进行铁的锈蚀实验，实验装置如图所示，止水夹关闭。(1)使用氯化钠溶液的目的是。(2)而后打开止水夹，可观察到烧杯中的水流入锥形瓶，原因是。【答案】(1)加快铁粉锈蚀(2)铁生锈消耗氧气压强减小【解析】（1）通常情况下，铁锈蚀的速率很慢，氯化钠可以加速铁粉锈蚀，使用氯化钠溶液的目的是加快铁粉锈蚀。（2）铁粉锈蚀消耗氧气，导致锥形瓶内气压降低，则打开止水夹，可观察到烧杯中的水流入锥形瓶。1．（2024·福建福州·三模）“对比法”是实验探究中常用的一种科学方法，为了检验铁生锈的条件，进行了如图（略去其中的夹持装置）所示三个对比实验。一段时间后，①中铁丝发生锈蚀且试管中液面上升，②和③中均无明显变化，以下得出的结论不正确的是A．对比①②可以说明铁生锈一定要有氧气参加B．对比②③可以说明铁生锈一定要有水参加C．对比①③可以说明铁生锈一定要有水参加D．对比①②③可以说明铁生锈必需水和氧气同时参加【答案】B【解析】①中的铁丝既与氧气接触，又与水蒸气接触，铁丝生锈；②中的铁丝只与水接触，没有生锈；③中的铁丝只与干燥的氧气接触，没有生锈；A、对比①②可以说明铁生锈除了有水，还一定要有氧气参加，结论正确，不符合题意；B、②中没有氧气只有水，③中只有氧气没有水，铁都没有生锈，因此不能说明铁生锈一定要有水参加，结论错误，符合题意；C、对比①③可以说明铁生锈一定要有水参加，结论正确，不符合题意；D、对比①②③可以说明铁生锈必须有水和氧气同时参与，结论正确，不符合题意。故选B。2．（2024·四川成都·二模）某同学为了探究生锈的条件，做了以下实验，一周后观察。下列说法错误的是A．①中甲、乙、丙三处中生锈的只有乙处B．②中植物油的作用是隔绝空气C．③中氯化钙的作用是作干燥剂D．对比①②③实验可充分得出铁生锈的条件是与氧气、水同时接触【答案】A【解析】A、铁和氧气、水同时接触时会生锈，则①中三处均会生锈，但乙处生锈更严重，说法错误；B、②中植物油的作用是隔绝空气，使铁钉只和水接触，说法正确；C、③中氯化钙的作用是作干燥剂，使铁钉只和氧气接触，说法正确；D、①中铁和水、氧气共同接触，铁会生锈，②③铁均不生锈，对比①②③实验可充分得出铁生锈的条件是与氧气、水同时接触，说法正确；故选：A。3．根据铁锈蚀的条件判断，下列情况中，铁钉最容易生锈的是A． B．C． D．【答案】A【解析】铁生锈的条件是铁与水和氧气同时接触，氯化钠可以加速铁的锈蚀。A、该实验中有铁、有水、有氯化钠、有氧气，铁生锈且氯化钠能加速锈蚀速率；B、该实验中有铁、有氧气、无水，铁不易生锈；C、该实验中有铁、有水、无氧气，铁不易生锈；D、该实验中有铁、有水、有氧气，铁生锈；则铁钉最容易生锈的是A，故选：A。4．（24-25九年级上·北京·期中）某兴趣小组探究铁生锈的条件。如下图所示，取三根洁净无锈的铁钉，分别放置在三个不同环境中，一周后观察铁钉生锈情况并记录如下。已知：氧气在一定量的水中的溶解量随温度升高而降低，在植物油中非常难溶。实验①②③现象在液面附近，铁钉生锈严重铁钉无明显变化铁钉无明显变化下列说法不正确的是A．①和②中煮沸蒸馏水是为了除去水中B．②和③中，铁钉没有生锈的原因相同C．对比①和②，可知铁钉生锈的条件是铁钉与氧气接触D．对比①和③，可知铁钉生锈的条件是铁钉与水接触【答案】B【解析】A、①和②中加入的蒸馏水要事先煮沸，考虑温度升高，气体溶解度减小，目的是除去水中溶解的氧气，故说法正确；B、②中的铁钉只与水接触，不生锈，③中铁钉只与氧气接触，不生锈，所以铁钉没有生锈的原因不相同，故说法错误；C、①中的铁钉与水和氧气同时接触，明显生锈，②中的铁钉只与水接触，不生锈，说明铁钉生锈的条件是铁钉与氧气接触，故说法正确；D、①中的铁钉与水和氧气同时接触，明显生锈，③中铁钉只与氧气接触，不生锈，说明铁钉生锈的条件是铁钉与水接触，故说法正确。故选B。5．（24-25九年级上·江苏泰州·阶段练习）如图是探究铁钉锈蚀条件的4个实验，一段时间后观察现象。下列说法错误的是A．①②对比说明铁生锈需要空气，①③对比说明铁生锈需要水B．四个实验中，生锈最快的是④中的铁钉C．①中甲、乙、丙三处比较，生锈最明显的地方是甲D．③中附着在棉花上的干燥剂的作用是使试管里没有水分【答案】C【解析】A、①中铁钉与空气、水同时接触，会生锈；②中植物油可以隔绝空气，铁钉只与水接触，不生锈；③中干燥剂可以吸收水分，铁钉只与空气接触，不生锈，①②对比说明铁生锈需要空气，①③对比说明铁生锈需要水，A选项正确；B、④中通入氧气，则铁钉与更多的氧气接触，因此四个实验中，生锈最快的是④中的铁钉，B选项正确；C、①中甲、乙、丙三处比较，甲处只与空气接触，乙处与空气、水同时接触，丙处只与水接触，因此生锈最明显的地方是乙，C选项错误；D、③中附着在棉花上的干燥剂可以吸收水分，作用是使试管里没有水分，D选项正确。故选：C。6．实验小组同学对铁生锈的条件和影响因素进行探究。实验1：探究铁生锈的条件。【查阅资料】铁锈为红色固体，其主要成分为。【进行实验】如图1所示进行实验，一段时间后观察到C中铁钉表面有红色固体产生，A、B中铁钉无明显变化。(1)B试管中的水要煮沸并迅速冷却。煮沸的目的是。(2)能证明“与H2O接触是铁生锈条件之一”的现象为。(3)实验1的结论是：铁生锈的条件为。实验2：为进一步探究影响铁生锈速率的因素，小组同学设计如图2所示实验，利用传感器监测过程中氧气浓度的变化来判断铁生锈的情况。实验记录如下：序号其他试剂初始时氧气浓度/%200s时氧气浓度/%水/滴食盐质量/g5%稀醋酸/滴①00020.820.8②100020.815.2③100520.812.7④101.0020.88.0(4)由实验2得到“食盐能加速铁生锈”的结论，依据的实验是(填序号)。(5)实验2中，设计②③的目的是。【反思与评价】(6)继续实验，发现稀盐酸比稀醋酸使铁生锈速率更快，其实验方案为：氧气初始浓度为20.8%时，向实验2的装置中，加入5g铁粉、0.1g炭粉，再，利用传感器监测过程中氧气浓度的变化。【答案】(1)除去溶解的氧气(2)试管A中的铁钉不生锈，试管C中的铁钉生锈(3)与氧气和水同时接触(4)②④(5)探究稀醋酸能否加速铁生锈(6)10滴水，5滴5%的稀盐酸【解析】（1）B试管中的水要煮沸并迅速冷却是除去水中溶解的氧气；（2）试管A中铁钉只与空气接触，试管C中铁钉与水、空气同时接触，其中试管A中铁钉不生锈，试管C中铁钉生锈，则说明铁生锈时需与水接触；（3）试管A中铁钉只与空气接触，试管B中铁钉只与水接触，试管C中铁钉与水、空气同时接触，其中试管A中铁钉不生锈，试管C中铁钉生锈，则说明铁生锈时需与水接触；其中试管B中铁钉不生锈，试管C中铁钉生锈，则说明铁生锈时需与氧气接触，故实验1的结论是：铁生锈的条件为与水和氧气共同接触；（4）实验2中，②中没有食盐、④中有食盐，其他条件都相同，且④中200s时氧气浓度更少，说明食盐能加快铁生锈；（5）实验2中，②中滴有水滴，③中不仅滴有水滴，还滴有稀醋酸，则说明设计②③的目的是探究稀醋酸能否加速铁生锈；（6）控制变量法，改变酸的种类，其他条件保持不变，继续实验，发现稀盐酸比稀醋酸使铁生锈速率更快，其实验方案为：氧气初始浓度为20.8%时，再取10滴水，5滴5%的稀盐酸于实验2的装置中，测量200s时氧气浓度，与③进行对比。7．化学小组对钢铁的锈蚀进行实验研究。I．探究钢铁锈蚀的基本条件(1)一段时间后，C、D、E中铁钉生锈，A、B中铁钉无明显锈蚀。由A、B、C的现象可知，铁的锈蚀是铁跟(填化学式)等物质作用的过程。D中铁钉比C中铁钉锈蚀程度严重，说明。(2)使用自来水重新进行如图实验，一段时间后发现试管B中铁钉生锈了，其可能的原因是。II．探究食盐水对钢铁腐蚀速率的影响用如图装置进行实验，锥形瓶中放生铁粉末，滴管中预先加入2mL不同浓度的食盐水，并用氧气传感器测定锥形瓶内的氧气浓度，数据如下表所示：实验组生铁粉末质量食盐水浓度3min时瓶内氧气浓度实验①3.5g4%18.96%实验②3.5g8%18.56%实验③3.5g16%18.28%实验④3.5g24%17.99%(3)该实验探究的是对钢铁腐蚀速率的影响，其实验结论是。(4)查阅资料得知，食盐水中的氯离子能破坏钢筋表面的钝化膜(其原理如图所示)，并促使铁发生一系列反应得到Fe(OH)3，Fe(OH)3在空气中风化失水后变成氧化铁。①氯离子破坏钢筋表面的钝化膜的过程中，从阳极向阴极转移的微粒是。②钢筋锈蚀过程中得到氧化铁的反应方程式为。III．探究水样的pH及溶解氧浓度对钢铁腐蚀速率的影响步骤1：按如图连接好装置，检查装置气密性。步骤2：向三颈烧瓶中放入3.5g生铁粉末，向分液漏斗内加入10mL不同浓度的稀盐酸。步骤3：将盐酸全部注入三颈烧瓶内，关闭分液漏斗活塞，同时采集数据见下表：序号盐酸pH压强p/kPa溶解氧/mg·L-1p反应前p反应后DO反应前DO反应后开始降低所需时间/s实验①2.090.891.85.24.3131实验②3.090.891.55.03.768实验③4.090.890.34.93.424实验④5.090.890.54.93.798实验⑤6.090.890.64.43.7175(5)步骤1中检查装置气密性的方法为。(6)实验1和实验2反应后压强变大的主要原因是(用化学方程式表示)。(7)进行实验3时，观察到溶液中有气泡冒出，反应后体系内压强却变小了。其原因是。(8)分析表中数据，在该实验条件下，下列说法正确的有___________。A．当pH=2时，铁粉与氧气的锈蚀速率最快B．稀盐酸中的溶解氧含量与盐酸的pH有关C．铁粉和盐酸，氧气的反应可以同时发生【答案】(1)O2和H2O食盐水可以加速铁的锈蚀(2)自来水中含有溶解的氧气(3)食盐水浓度食盐水浓度越大，铁的锈蚀速率越快(4)电子(5)先在分液漏斗内加水，再打开活塞，观察若水不往下滴，表明装置气密性良好(6)(7)进行实验3时，观察到溶液中有气泡冒出，是因为盐酸和铁反应生成了氢气，但是铁生锈消耗氧气，且消耗的氧气比生成的氢气多，故反应后体系内压强变小(8)B【解析】（1）试管A中的铁钉只与氧气接触，没有生锈；试管B中的铁钉只与水接触，没有生锈；试管C中的铁钉与氧气和水同时接触，生锈了；由A、B、C的现象可知，铁的锈蚀是铁跟O2和H2O等物质作用的过程；试管D中的铁钉与食盐水接触，比C中铁钉锈蚀程度严重，说明食盐水可以加速铁的锈蚀；（2）自来水中含有溶解的氧气，铁钉与氧气和水同时接触后发生了锈蚀；（3）分析表格可知，四组实验中所以食盐水的浓度不同，相同时间内消耗的氧气的量不同，故探究的是食盐水浓度对钢铁腐蚀速率的影响；根据表格可知，食盐水浓度越大，相同时间内消耗的氧气越多，表明钢铁锈蚀速率越快；（4）分析原理图可知，阳极发生的反应是，阴极发生的反应是，故从阳极向阴极转移的微粒是电子；由资料可知Fe(OH)3在空气中风化失水后变成氧化铁，反应的方程式为；（5）检查三颈烧瓶气密性，需先在分液漏斗内加水，再打开活塞，观察若水不往下滴，表明装置气密性良好；（6）实验1和实验2反应后压强变大的主要原因是铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，反应的方程式为；（7）进行实验3时，观察到溶液中有气泡冒出，是因为盐酸和铁反应生成了氢气，但是铁生锈消耗氧气，且消耗的氧气比生成的氢气多，故反应后体系内压强变小；（8）A、分析表格可知，当pH=4时，溶解氧含量开始降低所需要的时间最短，此时铁粉与氧气的锈蚀速率最快，说法错误；B、分析表格可知，随着溶液pH值的增大，溶液中的溶解氧含量越来越低，故稀盐酸中的溶解氧含量与盐酸的pH有关，说法正确；C、分析表格可知，溶解氧含量开始降低的时间并不是从0开始的，故铁粉和盐酸，氧气的反应不是同时发生的，说法错误；故选B。8．钢铁的锈蚀是重要的研究课题。用下图所示实验进行铁钉锈蚀的研究。一段时间后试管A、B中铁钉几乎没有锈蚀，而试管C中铁钉明显锈蚀，试管D、E中铁钉严重锈蚀。(1)由试管A、B、C中铁钉的锈蚀现象可知，铁的锈蚀是铁与(填化学式)等物质作用的过程。(2)试管B中使用“煮沸并迅速冷却的蒸馏水”，其目的是。(3)小组同学分析了试管D的情况后，又查阅了相关文献得到在水样温度为22℃、氧含量为6mL/L时，钢铁锈蚀速率与水样pH的关系如图2所示。当pH(选填“>”或“<”)4时，钢铁锈蚀速率明显增大，其原因是。(4)一段时间后，试管E底部出现了黑色粉末。小组同学对黑色粉末进行了探究。【提出问题】试管中黑色粉末是什么物质？【作出猜想】猜想一：Fe；猜想二：；猜想三：；猜想四：。【查阅资料】是黑色晶体，能被磁铁吸引；易溶于水。【分析讨论】①上述四个猜想中，不做实验就可以排除的是猜想。【实验探究】②将试管中的黑色粉末干燥后，用磁铁靠近，发现黑色粉末能被磁铁吸引，于是得出结论：黑色粉末一定是Fe。你认为该结论(选填“正确”或“不正确”)，理由是。(5)请你设计一个实验方案，用化学方法验证黑色粉末是否为Fe。实验操作实验现象及结论取少量黑色粉末于试管中，加入若，则黑色粉末是Fe；若无明显现象，则黑色粉末不是Fe【答案】(1)H2O、O2(2)除去蒸馏水中溶解的氧气，防止对实验造成干扰(3)＜pH变小，氢离子浓度增大，加快了与铁的反应速率，造成腐蚀速率增大(4)②④/④②不正确Fe3O4也能被磁铁吸引(5)稀盐酸（稀硫酸）或硫酸铜有气泡生成或有红色物质生成【解析】（1）A中铁与干燥的空气接触，不与水接触，铁不生锈；B中铁与水接触，不与空气接触，铁不生锈；C中铁与空气、水同时接触，铁易生锈；由A、B、C的现象可知，铁的锈蚀是铁跟H2O、O2等物质作用的过程；（2）试管B中使用“煮沸并迅速冷却的蒸馏水”，其目的是除去蒸馏水中溶解的氧气，防止对实验造成干扰；（3）由图2可知，当pH＜4时，腐蚀速率明显增大，此时pH变小，说明氢离子浓度变大，反应物浓度升高，加快了与铁反应速率，所以腐蚀速率加快；（4）[分析讨论]由于猜想②Fe2O3是红棕色的；猜想④FeCl3易溶于水；故上述四个猜想中，不做实验就可排除的是猜想②和④；[实验探究]不正确，由于Fe3O4是黑色晶体，也能被磁铁吸引，所以将试管中的黑色粉末干燥后，用磁铁靠近，发现黑色粉末能被磁铁吸引，于是得出结论：黑色粉末一定是Fe，该结论不正确；（5）铁与稀盐酸或稀硫酸反应生成氢气，铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，故取少量黑色粉末于试管中，加入足量稀盐酸（或硫酸），观察到有气泡产生，则黑色粉末是Fe，如果没有则黑色粉末不是Fe；或取少量黑色粉末于试管中，加入硫酸铜溶液，振荡；观察到有红色物质生成，则黑色粉末是Fe，如果没有则黑色粉末不是Fe。9．（2024·甘肃定西·二模）科技小组同学开展项目式学习：探究食品脱氧剂铁粉的“锈蚀和影响因素【资料信息】①食品脱氧剂的主要成分是铁粉和辅助物质，脱氧原理是铁的生锈。②铁锈的主要成分是Fe2O3•nH2O。【任务一】探究铁生锈的条件(1)一段时间后实验Ⅰ中铁丝生锈、实验Ⅱ、实验Ⅲ铁丝没有生锈，若反应时间足够，当打开实验I止水夹时，还能观察到的现象是，得出铁生锈与有关。请你列举生活、生产中防止铁腐蚀采取的措施：(任写一种即可)。【任务二】探究铁粉锈蚀快慢和程度(2)科技小组设计了图1探究装置，按图1连接好实验仪器后，首先要进行的操作是。将5g铁粉和2g碳粉加入三颈烧瓶，连接压强传感器、数据采集器，采集数据，绘制出压强随时间变化的曲线如图2所示。t1时刻利用注射器加入2mL饱和NaCl溶液，t3将一只装有稀盐酸的注射器插到烧