Question

17．一些金属易生锈，某小组同学设计如下实验，对金属锈蚀进行探究．
【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快（填“慢”或“快”）；在酸性（填“酸性”、“碱性”或“中性”）环境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】无水硫酸铜能吸收水而变蓝，碱石灰既能吸收水也能吸收CO₂．

（2）请指出图1所示实验装置的一个明显缺陷：没有进行尾气处理．
（3）加热前，先通入CO一段时间，目的是排尽装置内的空气，防止发生爆炸．
（4）将铁锈样品加热，样品逐渐变黑，无水硫酸铜逐渐变蓝，由此推知铁锈中一定含有氢元素，从而推断出空气中的水参加了铁生锈反应．
【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

（5）根据上表数据推算，可确定铁锈的成分，用Fe_xO_y•nH₂O表示，则n=4；若缺少D装置，x：y的值偏小（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（6）欲通过实验探究镁带在空气中锈蚀的条件，用图2所示装置，试管内可选用的物质如下：
①O₂②水③CO₂④O₂和CO₂⑤CO₂和水⑥O₂和水⑦O₂、CO₂和水
至少需要选用④⑤⑥⑦（填数字序号），才能达到探究镁带锈蚀的条件．
（7）请写出镁带在空气中锈蚀，生成碱式碳酸镁[Mg₃（OH）₂（CO₃）₂]的化学方程式6Mg+3O₂+4CO₂+2H₂O=2Mg₃（OH）₂（CO₃）₂．

Answer 1

分析 （1）根据表格中的信息来分析解答；
（2）根据一氧化碳有毒来分析；
（3）根据实验的注意事项来分析；
（4）根据质量守恒定律来分析；
（5）根据质量守恒定律与化学方程式来分析；
（6）根据探究金属锈蚀的方法来分析；
（7）根据质量守恒定律以及化学方程式的写法来分析．

解答 解：（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，铁钉在酸性环境中锈蚀较快；故填：快；酸性；
（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；故填：；没有进行尾气处理
（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；故填：排尽装置内的空气，防止发生爆炸；
（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；故填：氢；水；
（5）硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为：Fe_xO_y•nH₂O+yCO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$xFe+yCO₂+nH₂O，根据实验数据可知，反应中生成水的质量为：（239.6g-232.4g）=7.2g，生成二氧化碳的质量为：（211.4g-198.2g）=13.2g．设参加反应的CO的质量为w，则
Fe_xO_y•nH₂O+yCO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$xFe+yCO₂+nH₂O
                     28y                   44y
                      w                    13.2g
$\frac{28y}{44y}=\frac{w}{13.2g}$
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23.2gFe_xO_y•nH₂O中含铁元素的质量为11.2g；含有“H₂O”部分质量为7.2g；则余下的氧元素质量为：23.2g-11.2g-7.2g=4.8g
则：x：y：n=$\frac{11.2g}{56}$：$\frac{4.8g}{16}$：$\frac{7.2g}{18}$=2：3：4，则Fe_xO_y•nH₂O的化学式为Fe₂O₃•4H₂O．
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，x：y的值偏小；故填：4；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；故填：6Mg+3O₂+4CO₂+2H₂O=2Mg₃（OH）₂（CO₃）₂．

点评 本题探究了金属的锈蚀，解题时根据铁的锈蚀因素的探究方法、质量守恒定律、有关化学方程式的计算、化学方程式的书写方法分析解答．