Question

钢铁、铝合金、铜制品等是应用广泛的金属材料．据估计，每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料，约占全年钢产量的十分之一．某校化学兴趣小组的同学探究金属腐蚀的原因，设计如下实验：
（1）如图，取一根约10cm的光亮铁钉放在自来水中，观察A、B、C三处的变化．几天后，他们会发现

 

处最先出现铁锈结合书本知识知道，铁在空气中生锈实际是铁和

 

等物质相互作用发生一系列复杂的化学反应的过程．
（2）一同学联想到家里铜制餐具上有一层绿色物质，认为铜在空气中也会生锈．他们上网查阅资料，知道这种绿色物质的化学成分为Cu₂（OH）₂CO₃（铜绿）．他们从铜绿组成和空气的成分大胆猜测，铜绿可能是铜与H₂O及

 

共同作用而形成的．
【设计与实验】借鉴课本“铁钉锈蚀条件的探究”实验，小梁设计了“铜片锈蚀条件的探究”实验，实验如下图所示（所用铜片洁净、光亮，试管内的“”为铜片）：

实验较长时间后，发现

 

试管中铜片最先生锈（填试管字母编号）．
【评价与改进】小梁设计的实验还不够完善，要得出正确的结论，还要补充一个实验．你认为要补充的一个实验是（用图表示）

 

．
【拓展与应用】
小明发现从不同地点收集到的两个铜器（一个是纯铜做的，一个是青铜做的）中，纯铜器的铜绿比青铜器的少，他据此分析认为青铜比纯铜易锈蚀．小明的分析是否全面？

 

（填“是”或“否”）．请你说明理由

 

．
（3）【查阅资料】孔雀石的主要成分也是Cu₂（OH）₂CO₃，还可以表示成CuCO₃?Cu（OH）₂．
与孔雀石相似，还有许多矿物可用xCuCO₃?yCu（OH）₂（x、y都是正整数）表示，石青
就是其中的一种．
【实验探究】为了验证石青的组成成分，他们设计了如下实验，请你共同参与探究．

	实验操作	实验现象	结论
步骤l	取少量石青样品置于大试管中加入足量稀盐酸	（1）产生大量气体 （2）溶液呈蓝色	（1）石青中含有离子：   （2）石青中含有离子：
步骤2	取少量石青样品置于大试管中加热	（1）残留固体呈   色 （2）大试管内壁出现	石青加热易分解

【反思与拓展】
①确定步骤1中产生气体成分的反应方程式是

 

．若要增大该气体在水中的溶解度方法是

 

A．升温增压；  B．升温减压；  C．降温增压；  D．降温减压
②根据以上探究，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量和

 

的质量，就可确定石青的化学式（即确定x、y的值）．
③防止金属锈蚀的方法很多，如制成不锈钢、在金属表面

 

（任写一种方法）．

Answer 1

考点：探究金属锈蚀的条件,气体溶解度的影响因素,盐的化学性质,质量守恒定律及其应用,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：（1）根据已有的知识进行分析，铁在与水和氧气并存时易生锈，据此解答．
（2）根据质量守恒定律和题目信息推测铜绿的组成；根据对比实验的要求分析铜生锈的条件．对比实验一般采用“单一变量原则”，也就是说其他条件不变，只改变一个条件，这样产生的不同结果就是这个因素引起的．
（3）根据反应物和生成物及其质量守恒定律可以书写化学方程式．
根据实验现象可以确定物质的组成．
二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊．

解答：解：（1）因为钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水蒸气等物质发生化学反应的结果，所以A、B、C三处中，B处先生锈；故填：B；氧气和水蒸气；
（2）根据质量守恒定律和铜绿的成分可知，铜绿可能是铜与H₂O及二氧化碳有关；故答案为：二氧化碳．
[设计与实验]D装置中所有生锈的条件都具备，比如：氧气、水、二氧化碳，故答案为：D．
[评价与改进]需要一个实验和D形成对照，证明有空气没水的情况下照样不会生锈，故答案为：；
[拓展与应用]地点不同，环境就不同，空气的湿度，含氧量等都无法确定，因此小明的分析不全面，故答案为：不全面；地点不同，环境（条件）不同，所以无法比较．
（3）样品和稀硫酸反应能生成大量气体，说明样品中含有碳酸根离子，溶液呈蓝色说明样品中含有铜离子．
样品在大试管中加热能生成氧化铜和水，氧化铜是黑色的，大试管内壁应该有水珠出现．
故答案为：

	实验操作	实验现象	结论
步骤l	取少量石青样品置于大试管中加入足量稀盐酸	（1）产生大量气体 （2）溶液呈蓝色	（1）石青中含有离子：碳酸根 （2）石青中含有离子：铜
步骤2	取少量石青样品置于大试管中加热	（1）残留固体呈 黑色 （2）大试管内壁出现 水珠	石青加热易分解

①检验步骤1中产生的气体为二氧化碳的方法是把产生的气体通入足量的澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则气体是二氧化碳．气体的溶解度随着温度的降低而增大，随着压强的增大而增大；故答案为：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O；C；
②根据以上探究，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量和水与二氧化碳的质量，就可确定石青的化学式（即确定x、y的值）．故填：水与二氧化碳．
③防止金属锈蚀的方法很多，如制成不锈钢、在金属表面涂油、漆等．故填：涂油、漆等．

点评：掌握质量守恒定律，学会对比实验的设计和应用，记住：对比实验一般采用“单一变量原则”，也就是说其他条件不变，只改变一个条件，这样产生的不同结果就是这个因素引起的．