Question

全世界每年被腐蝕損耗的鋼鐵材料約占全年鋼鐵產量的十分之一．下面是對鐵的腐蝕條件及鐵銹組成的探究．
問題一：探究鐵生銹的條件
課本實驗中，鐵生銹所需要時間較長，某實驗小組設計如下改進實驗．

（1）檢查裝置的氣密性：連接好裝置，關閉分液漏斗的活塞，將C導管接人到裝有水的燒杯中，微熱甲裝置，說明氣密性良好的現象是

 

．
（2）反應開始后，甲裝置中反應現象是

 

，MnO₂的作用

 

．
（3）4分鐘后觀察：A處鐵絲依然光亮，B處鐵絲表面灰暗，D處鐵絲依然光亮．該實驗說明鐵生銹主要與

 

和

 

有關．B、D處實驗現象對比說明：決定鐵生銹快慢的一個重要因素是

 

．
問題二：測定鐵銹的組成
鐵銹的成分主要為Fe₂O₃?H₂O，還含有少量的FeCO₃．某興趣小組設計如圖裝置測定銹鐵釘的組成．取一高度腐蝕的干燥鐵釘（含有少量鐵），稱其質量為20.08g，在N₂氛圍中，充分加熱到質量不再減少．該過程中僅考慮發(fā)生：Fe₂O₃?H₂O加熱Fe₂O₃+H₂O，FeCO₃加熱FeO+CO₂↑，且不需要考慮裝置中空氣對本實驗的影響．（堿石灰成分：CaO和NaOH固體混合物．物質的相對分子質量：Fe₂O₃?H₂O   178，FeCO₃116）

（1）若反應前后稱得C裝置總質量分別為100.00g和102.24g，則反應生成的CO₂和水    蒸氣的總質量為

 

g，D裝置中堿石灰的作用是

 

．
（2）僅有上述實驗數據，無法計算組成，若在B、C之間增加一套裝置即可，則裝置名稱和藥品為

 

、

 

．
（3）經過改進后，測得m（H₂O）=1.80g，m（CO₂）=0.44g，請計算銹鐵釘的組成．
①銹鐵釘中Fe₂O₃?H₂O的質量═

 

g．
②銹鐵釘中FeCO₃的質量═

 

g．
③銹鐵釘中單質鐵的質量分數═

 

．
（4）將20.08g該銹鐵釘溶于足量的稀硫酸，充分反應后，產生的氣體中是否有H₂？

 

（填“有”或“無”），請通過計算說明．（假設鐵在H₂SO₄和Fe₂（SO₄）₃，混合溶液中先發(fā)生的反應為：
Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄，Fe₂（SO₄）₃的相對分子質量為400）
[計算過程]．

Answer 1

分析：問題一：（1）根據檢查氣密性的現象回答；
（2）根據實驗室用過氧化氫制取氧氣的現象回答；
（3）根據鐵生銹的條件分析；
問題二：（1）根據質量守恒定律分析；
（2）要測出水的質量，用濃硫酸吸收；
（3）根據質量守恒定律計算；
（4）根據化學方程式進行計算．

解答：解：問題一：（1）檢查裝置的氣密性，說明氣密性良好的現象是 C導管口有氣泡
（2）反應開始后，過氧化氫分解產生大量氧氣，反應現象是 產生大量是氣泡，MnO₂的作用催化劑
（3）實驗現象說明鐵生銹主要與 水和 氧氣有關．B、D處實驗現象對比說明：決定鐵生銹快慢的一個重要因素是 氧氣的濃度，氧氣濃度越大，鐵生銹速度越快；
問題二：（1）根據質量守恒定律，反應生成的CO₂和水蒸氣的總質量為102.24g-100.00g=2.24g，D裝置中堿石灰的作用是 防止空氣中的二氧化碳和水進入裝置C中，影響實驗結果．
（2）僅有上述實驗數據，無法計算組成，在B、C之間增加 洗氣瓶、濃硫酸，目的是測量生成水的質量；
（3）經過改進后，測得m（H₂O）=1.80g，m（CO₂）=0.44g，請計算銹鐵釘的組成．
①銹鐵釘中Fe₂O₃?H₂O的質量═17.8  g．
②銹鐵釘中FeCO₃的質量═1.16  g．
③銹鐵釘中單質鐵的質量分數═5.6% 
（4）將20.08g該銹鐵釘溶于足量的稀硫酸，充分反應后，產生的氣體中是否有H₂
故答案為：問題一：（1）C導管口有氣泡
（2）產生大量是氣泡，催化劑
（3）水和氧氣：氧氣的濃度
問題二：（1）2.24  防止空氣中的二氧化碳和水進入裝置C中
（2）洗氣瓶  濃硫酸
（3）17.8  1.16  5.6% 
（4）無
計算過程：
解：設鐵釘與硫酸反應生成硫酸鐵的質量為X，與硫酸鐵反應的金屬鐵的質量為Y，
Fe₂O₃的質量=17.8×160/178=16g
Fe的質量=20.08-17.8-1.16=1.12g
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O
160             400
16g               X

160

16g

=

400

X

x=40g
Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄
56     400
y       40g

56

y

=

400

40g

y=5.6g
5.6g＞1.12g  故鐵的量少，不能和酸反應放出氫氣．
故答案為：問題一（1）C導管口有氣泡．
（2）產生大量是氣泡，催化劑．
（3）水和 氧氣，氧氣的濃度．
問題二：（1）2.24 防止空氣中的二氧化碳和水進入裝置C中．
（2）洗氣瓶、濃硫酸．
（3）①17.8g．
②1.16g．
③5.6%．
（4）無

點評：解答本題要掌握金屬生銹的條件和防止金屬生銹的方法，要充分理解探究實驗的設計方法，只有這樣才能對相關方面的問題做出正確的判斷．