Question

小林同学发现铜制眼睛框表面出现了绿色物质，通过化学学习知道该物质为铜锈，俗称铜绿，主要成分是Cu₂（OH）₂CO₃．
[提出问题]铜在什么条件下锈蚀的？
[猜想]根据铜锈的化学式，猜想铜生锈可能是铜和水、______、______共同作用的结果．
[设计与实验]借鉴“铁钉锈蚀条件的探究”实验，小林设计了“铜片锈蚀条件的探究”实验如图所示．
（1）实验较长时间后，发现______试管中的光亮铜片最先生锈（填字母编号）．
（2）从优化实验的角度考虑，A实验是多余的，它只考虑了水这个单一条件．C试管中除光亮铜片、蒸馏水外，还有的另外一种物质为______．
（3）D试管中除光亮的铜片外，还有的另外两种物质为______、______；从D试管的实验中，获得的结论是______．
[评价与改进]我认为小林设计的“铜片锈蚀条件的探究”实验不够完善，要得出正确结论，还要补充的一个实验是（可图示）______．

Answer 1

解：[猜想]由组成铜绿的四种元素，依据质量守恒的思想，其中C元素来自空气中的二氧化碳气体、H元素来自水，而O元素则可能来自二氧化碳、水或者占空气体积分数21%的氧气．故答：氧气、二氧化碳．

（1）图A中上层的油层隔离了空气，其中的铜片也就只与水接触，远远不能满足铜锈蚀条件，因此放置时间再长也不会出现锈蚀；故不选A试管．
图B，试管中有水且敞口放置，其中铜片与水、二氧化碳、氧气都接触，应该是四只试管中最能满足锈蚀条件的，因此应该最先生锈；故选B．
图C，试管内有水和空气，但因管口塞住，不能与外界空气产生气体交换，就会因二氧化碳量不足很难甚至不能出现生锈；故不选C．
图D，试管内因缺少水，不满足铜片锈蚀条件，不会出现生锈现象；故不选D．

（2）C管内是铜、水、少量空气，空气中二氧化碳气体含量很少可忽略其存在，因此可认为铜片只和水、氧气接触；故答：氧气．

（3）猜想铜片生锈应与水、氧气、二氧化碳相关，在探究实验中每只管内只控制一种物质，而D管中明显没有水，因此应设计为充满氧气和二氧化碳的混合气体．故答：氧气、二氧化碳．

[评介与改进]题图所提供的四只试管，A管因只有水而被去除，B管内为二氧化碳、氧气和水，C管内为氧气和水，D管内为二氧化碳和氧气，综合起来就能发现缺少一组对比：铜片与水和二氧化碳接触而无氧气的影响．故设计如图：
分析：由铜绿的化学式Cu₂（OH）₂CO₃，得知铜绿由Cu、C、H、O四种元素组成，在此认识基础上对铜生锈的条件进行合理地、大胆地猜测，然后依据猜测，结合“铁钉锈蚀条件的探究”获得的技能，对“铜片锈蚀条件的探究”的设计方案进行评价与改进．本题涉及方案的设计、评价与改进，题目难度较大．
点评：本题的需控变量（水、二氧化碳和氧气）较多，方案设计就更为复杂，所以，把“铁钉锈蚀条件的探究”进行技能移植显得尤其重要．知识的迁移能力在此得到突出展示．