Question

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)该小组对图2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，写出实验步骤和结论。

实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)：

Answer 1

答案　(1)②2.0　③碳粉含量的影响

(2)吸氧　　还原　2H₂O＋O₂＋4e^－===4OH^－(或4H^＋＋O₂＋4e^－===2H₂O)

(3)反应放热，温度升高

(4)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滴入醋酸溶液，同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化、检验Fe^2＋等)。如果瓶内压强增大，假设一成立。否则假设一不成立。(本题属于开放性试题，答案合理即可)

解析　(1)本题采用“控制变量法”进行研究，即保持其他条件相同，只考虑其中一个因素对实验的影响。探究醋酸浓度对电化学腐蚀的影响时，应保证碳粉和铁粉的质量与参照实验相同，因此实验②中铁粉为2.0 g；对比实验①和③可知，铁粉的质量及醋酸的浓度相同，而碳粉的质量不同，显然探究的是碳粉的含量对铁的电化学腐蚀的影响。

(2)当铁发生析氢腐蚀时，由于生成H₂，容器的压强不断增大，而发生吸氧腐蚀时，由于消耗O₂，容器的压强不断减小，t₂时容器的压强明显小于起始压强，说明铁发生了吸氧腐蚀，此时Fe作负极，失去电子发生氧化反应；碳粉作正极，O₂在其表面得到电子发生还原反应，电极反应式为O₂＋2H₂O＋4e^－===4OH^－(或4H^＋＋O₂＋4e^－===2H₂O)。

(3)Fe发生电化学腐蚀时，放出热量，使体系的温度升高。

(4)参照实验①中药品的用量及操作方法，更换多孔橡皮塞，增加进、出气导管，并通入稀有气体，排出空气，滴加醋酸溶液，同时测量瓶内压强的变化、温度变化等，确定猜想一是否成立。