备考2023年中考化学真题实验探究题专项练习（全国通用）-01探究铁生锈的条件

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备考2023年中考化学真题实验探究题专项练习（全国通用）-01探究铁生锈的条件 一、科学探究题1．（2022·贵州安顺·统考中考真题）金属是现代社会广泛使用的材料。Ⅰ、人类活动和使用金属大致的历史年代如图所示。(1)青铜和黄金可打造成不同形状制品，利用了金属物理性质中的___________。(2)《淮南万毕术》提到“曾青得铁则化为铜”，说明铁的金属活动性比铜___________。(3)冶炼生铁过程中，一氧化碳与磁铁矿主要成分四氧化三铁发生反应的化学方程式为___________。Ⅱ、探究金属铁锈蚀的条件。用如图所示实验进行铁钉锈蚀的研究。一段时间后，试管A、B中铁钉几乎没有生锈，而试管C中铁钉明显锈蚀，试管D中铁钉严重锈蚀。(4)由试管A、B、C中的现象可知，铁的锈蚀是铁跟___________（填化学式）等作用的结果。(5)试管B中使用“煮沸并迅速冷却的蒸馏水”，目的是___________。(6)由试管C、D中的现象可以得出的结论是___________。Ⅲ、探究盐酸除锈时的反应。步骤1：将一枚表面部分锈蚀的铁钉置于试管中，向其中加入稀盐酸至浸没铁钉。观察到铁钉表面的铁锈逐渐消失，无锈处有气泡产生，溶液变为黄色。步骤2：将“步骤1”中装有铁钉和盐酸的试管长时间放置后，观察到铁钉变细，溶液变为浅绿色。【提出问题】①“步骤1”中铁锈消失发生了什么反应？②“步骤2”中试管长时间放置后，溶液为什么会变色？【查阅资料】铁锈中主要含有氧化铁；FeCl3溶液呈黄色，FeCl2溶液呈浅绿色；K3[Fe（CN）6]溶液呈黄色；FeCl3溶液遇K3[Fe（CN）6]溶液不变色，FeCl2溶液遇K3[Fe（CN）6]溶液会生成蓝色沉淀。【实验分析】(7)铁锈消失是因为氧化铁与盐酸发生反应，该反应的化学方程式为___________。【提出猜想】对于问题②，实验小组提出如下两个猜想：猜想一：溶液变色是FeCl3与铁钉表面产生的气体反应所致；猜想二：溶液变色是FeCl3与铁钉反应所致。【实验验证】经实验已证实“猜想一”不正确。(8)请设计实验证明“猜想二”成立，简述实验过程（包括操作、可能的实验现象和对应的结论）___________（实验中必须用到K3[Fe（CN）6]溶液、FeCl3溶液和铁钉）。2．（2022·浙江金华·统考中考真题）某项目学习小组用传感器开展“影响铁锈蚀因素”的探究，设计如图1所示实验装置并完成实验。实验过程中，传感器采集数据绘制得到如图2的甲、乙两幅曲线图。【资料1】一定条件下，碳和氯化钠溶液可加快铁的锈蚀，但它们本身不参加反应。【资料2】该实验步骤如下：①检查装置气密性；②装药品，将5克铁粉和2克碳粉加入锥形瓶，并加入2毫升饱和氯化钠溶液；③立即塞紧橡皮塞，橡皮塞上已插有一支装有5毫升稀盐酸的注射器及传感器；④观察现象，采集数据。用所学知识及以上资料信息完成下列问题：(1)实验进行一段时间后，注射器中的盐酸会自动注入瓶内，原因是______；(2)图2甲、乙曲线图中，0﹣t1段温度升高，瓶内压强减小；t2﹣t3段温度升高，瓶内压强增大。解释产生这两个不同现象的原因。3．（2021·宁夏·统考中考真题）某同学发现自己眼镜框中铜制部位表面有绿色的铜锈，他联想到探究铁生锈条件的实验决定采用控制变量法探究铜生锈的原因，请你一起探究。【提出问题】铜生锈的原因是什么？【查阅资料】铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3，俗称铜绿。【猜想与假设】根据查阅的资料猜测：铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果，理由是______。【设计与实验】他仿照探究铁生锈条件的实验，设计并进行了如下四个实验（说明：实验中用到的蒸馏水均已煮沸过且铜片已打磨干净）。实验编号一二三四实验装置实验现象铜片不生锈铜片不生锈铜片不生锈铜片生锈在上述实验三中，控制的因素是______，制取氧气的方法与加热高锰酸钾制取氧气的方法相比具有的优点是______（写一条）。铜生成铜绿的化学方程式为______。【实验结论】他的猜想正确。【反思与提高】（1）生活中你会发现厨房中的铁锅与水接触的部分最容易生锈，切开的苹果不久后变成咖啡色，好像生了“锈”。这些物质“生锈”除了与水有关外，都与______（填物质名称）有关。（2）请你提出一条延长食品保质期的建议：______。（3）要除去眼镜框表面的铜绿，应选用的药品是______（写一种）。4．（2021·四川成都·统考中考真题）某学习小组对铁锈蚀进行探究。【提出问题】铁锈蚀与哪些因素有关？【查阅资料】（1）氯化钙固体可作干燥剂。（2）一定条件下，碳可加快铁的锈蚀，但碳本身不参加反应。（3）常温常压，氢气密度是dg/mL。【设计与实验】实验一：定性探究铁锈蚀的因素取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管，进行图1实验，现象如表。试管一周后现象A铁钉表面有一层铁锈B铁钉表面无明显变化C铁钉表面无明显变化D铁钉表面有较厚铁锈（1）对比A、B、C试管中实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中的______发生化学反应。（2）对比A、D试管中实验现象，说明铁锈蚀还与______有关。（3）铁锈蚀后应及时除锈的原因是______，写出除铁锈的化学方程式______。实验二：定量探究铁锈蚀的因素小组设计了如图装置，检查气密性，将5g铁粉和2g碳粉加入三颈烧瓶，t1时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一只装有5mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。（4）据图，t2时刻后反应并未停止温度却开始降低，原因是______。（5）据图，对比AB段和BC段说明______分析t3时刻压强突然变大的原因是______。实验三：测定铁锈含量将实验二烧瓶中剩余物质过滤、洗涤、干燥，得mg固体，连接如图装置，检查气密性，加入固体与足量稀盐酸进行实验。（6）完全反应后，常温常压下测得生成气体体积为VmL，则该固体中铁锈质量分数表达式为______。（7）该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是______，解决方法是______。【反思与评价】（8）与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是______。5．（2020·江苏南通·统考中考真题）铁钉是生活中常见的铁制品。学习小组对不同条件下铁钉的锈蚀和盐酸除锈时的反应进行了探究。Ⅰ探究不同条件下铁钉的锈蚀取四枚铁钉，按第图1所示进行实验。一天后观察到的现象如下表所示。试管abcd实验现象铁钉表面无明显变化铁钉表面无明显变化蒸馏水和空气交界处铁钉出现轻微锈蚀食盐水和空气交界处铁钉出现较多锈蚀（1）由试管a、b、c中的现象可知铁钉锈蚀的条件是_____（2）由试管c、d中的现象可以得出的结论是_____（3）切过咸菜的菜刀不及时处理，易生锈。防止切过咸菜的菜刀生锈，处理的方法是_____Ⅱ探究盐酸除锈时的反应步骤1 将一枚表面部分锈蚀的铁钉置于试管中，向其中加入稀盐酸至浸没铁钉。观察到铁钉表面的铁锈逐渐消失，无锈处有气泡产生，溶液变为黄色。步骤2 将“步骤1”中装有铁钉和盐酸的试管长时间放置后，观察到铁钉变细，溶液变为浅绿色。【提出问题】①“步骤1”中铁锈消失发生了什么反应？②“步骤2”中试管长时间放置后，溶液为什么会变色？【查阅资料】①铁锈中主要含有Fe2O3；②FeCl3溶液呈黄色，FeCl2溶液呈浅绿色；③K3[Fe（CN）6]溶液为黄色，FeCl3溶液遇K3[Fe（CN）6]溶液不变色，FeCl2溶液遇K3[Fe（CN）6]溶液会生成蓝色沉淀。【实验分析】铁锈消失是因为Fe2O3与盐酸发生了反应，该反应的化学方程式为_____【提出猜想】对于问题②，实验小组提出如下两个猜想：猜想1：溶液变色是FeCl3与铁钉表面产生的气体反应所致；猜想2：溶液变色是FeCl3与铁钉反应所致。【实验验证1】对“猜想1”进行验证的实验过程用如图2所示装置进行实验，……。（1）仪器X的名称为_____（2）实验是验证_____【实验验证2】请设计实验对“猜想2”进行验证，简述实验过程（包括操作、可能的实验现象和对应的结论）：_____6．（2020·海南·统考中考真题）小林学习金属的相关知识后，关注到生活中有以下现象：Ⅰ．海边的铁制品，锈蚀程度比其他地方更严重。Ⅱ．切过咸菜的菜刀，不及时清洗，很容易就锈蚀了。针对Ⅰ和Ⅱ的现象，小林结合学习内容查阅了相关资料并进行实验探究。【资料卡片】探究铁生锈的条件编号①②③实验   现象7天后，铁钉表面没有变化2天后，铁钉表面出现红色1天后，铁钉表面出现红色【家庭小实验】为了探究食盐水对铁钉锈蚀速率的影响，小林设计并完成了如图的家庭小实验，很快看到实验现象。(1)该实验中红墨水液面可能出现的现象是_____(填序号)；A．两端仍持平B．左高右低C．左低右高你选择的理由是_____。(2)小红认为小林的实验不足以说明食盐水能加速铁钉的锈蚀，请在小林实验的基础上完善此实验方案_____；(3)结合资料及实验结果，解释现象Ⅰ和Ⅱ_____。7．（2020·安徽·统考中考真题）金属防腐是科学研究中的重大课题。某校学习小组以铁的腐蚀为项目进行如下研究。【认识铁的腐蚀】（1）下列环境中的铁制品最容易生锈的是 _______ （填字母序号）。A 未擦干的铁锅 B 除油漆的栏杆 C 盛水的不锈钢水杯（2）铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O，其中铁元素的化合价是 ____ 。【探究铁的腐蚀】（3）该小组用下图甲装置进行实验，起始时量筒内水面处于50 mL刻度处，之后水面缓慢上升。几天后水面最终处于约 ____ （填“40”或“10”）mL刻度处，原因是 ____ 。【拓展探究】（4）小强同学进行如下实验：取铁钉用砂纸打磨，称其质量，按上图乙安装装置，放置3天，再取出铁钉称量。在不同温度下重复上述实验，得到铁钉质量增加情况如下表。温度/℃10203040506070铁钉质量增加/g0.020.040.080.160.180.180.18小强同学的实验是探究 ____ 因素对铁钉腐蚀快慢的影响，结论是 ____ 。（5）有同学认为小强的实验未能真实反映50℃以后铁钉腐蚀的快慢，理由是50℃以后铁钉质量没有变化。请分析铁钉质量没有变化的原因： ____ ；改进实验方案证明你的分析： ____ 。
参考答案：1．(1)延展性(2)强(3)4CO+Fe3O43Fe+4CO2(4)H2O和O2(5)除去蒸馏水中溶解的氧气(6)NaCl会加剧铁的锈蚀(7)Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O(8)取三支试管，分别加入等量的K3[Fe（CN）6]溶液，前两支试管分别加入氯化铁溶液、铁钉，第三支试管加入等量的氯化铁溶液和相同大小的铁钉，前两支试管中的溶液不发生变色，第三支试管中的溶液变色并有蓝色沉淀生成，说明溶液变色是FeCl3与铁钉反应所致 【详解】（1）金属可以做出不同形状，利用金属的延展性；（2）《淮南万毕术》提到“曾青得铁则化为铜”，说明铁能将铜从其盐溶液中置换出来，从而说明铁的金属活动性比铜强；（3）一氧化碳和四氧化三铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为4CO+Fe3O43Fe+4CO2；（4）A中铁只与氧气接触，C中铁与氧气、水接触，A与C比较说明铁生锈需要与水接触；B中铁只与水接触，B与C比较说明铁生锈需要与氧气接触；由试管A、B、C中的现象可知，铁的锈蚀是铁跟O2、H2O等作用的结果；（5）氧气不易溶于水，但是还是有氧气溶于蒸馏水，氧气的溶解度随温度升高而减小，煮沸并迅速冷却的蒸馏水，目的是除去蒸馏水中溶解的氧气；（6）D比C生锈快，说明食盐加快铁的生锈；（7）氧化铁与盐酸反应生成氯化铁和水，化学方程式为Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O；（8）取三支试管，分别加入等量的K3[Fe（CN）6]溶液，前两支试管分别加入氯化铁溶液、铁钉，第三支试管加入等量的氯化铁溶液和相同大小的铁钉，前两支试管中的溶液不发生变色，第三支试管中的溶液变色并有蓝色沉淀生成，说明溶液变色是FeCl3与铁钉反应所致。2．(1)铁生锈消耗瓶内氧气，瓶内压强减小，当瓶内气压减小到一定程度，大气压将注射器的活塞下压或瓶内气压减小，盐酸被吸入瓶内(2)0﹣t1段温度升高，瓶内压强减小原因是铁生锈消耗氧气并放热，故温度升高，消耗氧气使压强减小，反应放热使温度升高，压强增大，消耗氧气减小的压强大于温度升高增大的压强，瓶内压强减小；t2﹣t3段温度升高，瓶内压强增大原因是因瓶内气压减小，盐酸自动注入瓶内，盐酸与铁反应产生氢气并放出大量的热，温度升高，温度升高和产生氢气都使压强增大 【解析】（1）将5克铁粉和2克碳粉加入锥形瓶，并加入2毫升饱和氯化钠溶液，一定条件下，碳和氯化钠溶液可加快铁的锈蚀，铁生锈消耗瓶内氧气，瓶内压强减小，当瓶内气压减小到一定程度，大气压将注射器的活塞下压或瓶内气压减小，盐酸被吸入瓶内；（2）0﹣t1段温度升高，瓶内压强减小原因是铁生锈消耗氧气并放热，故温度升高，消耗氧气使压强减小，反应放热使温度升高，压强增大，消耗氧气减小的压强大于温度升高增大的压强，瓶内压强减小；t2﹣t3段温度升高，瓶内压强增大原因是因瓶内气压减小，盐酸自动注入瓶内，盐酸与铁反应产生氢气并放出大量的热，温度升高，温度升高和产生氢气都使压强增大。3．     铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3，根据化学反应前后物质的元素种类不变，可以推知铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果     二氧化碳（或CO2）     装置简单（或节约能源等合理即可）          氧气     隔绝氧气储存（或其他合理答案也可）     稀盐酸（或稀硫酸合理即可）【详解】[猜想与假设]铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3，根据化学反应前后物质的元素种类不变，可以推知铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果;[设计与实验]在上述实验三中，铜片只与水、氧气接触，故控制的因素是二氧化碳；过氧化氢制氧气与加热高锰酸钾制取氧气的方法相比，不需要加热，故装置简单，节约能源；铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果，故化学方程式为；[反思与提高]（1）金属生锈和食物腐败均是氧化反应，有氧气的参加；（2）食物腐败是氧化反应，有氧气的参加，故延长食品保质期可以隔绝氧气储存（或其他合理答案也可）；（3）铜绿可以和酸反应，故要除去眼镜框表面的铜绿，应选用的药品是稀盐酸（或稀硫酸合理即可）。4．     氧气和水蒸气     氯化钠     铁锈疏松多孔，能吸附氧气和水蒸气，会加快铁的锈蚀     Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O     铁生锈放出的热量小于装置散失的热量     加氯化钠溶液前，铁锈蚀较慢     铁锈蚀消耗氧气,装置内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，反应产生较多氢气          氢气未干燥，含有水蒸气     在乙、丙装置间加一个干燥装置     使用铁粉和加入碳粉，加快了铁锈蚀的速率【详解】（1）A铁钉和氧气、水同时接触生锈，B没有氧气不生锈，C没有水不生锈，对比A、B、C试管中实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中的氧气和水蒸气发生化学反应，故填：氧气和水蒸气；（2）A无氯化钠生锈速度慢，D有氯化钠生锈速度快，说明说明铁锈蚀还与氯化钠有关，故填：氯化钠；（3）铁锈蚀后应及时除锈的原因是铁锈疏松多孔，能吸附氧气和水蒸气，会加快铁的锈蚀，盐酸和氧化铁反应生成氯化铁和水，可用来除锈，化学方程式Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，故填：铁锈疏松多孔，能吸附氧气和水蒸气，会加快铁的锈蚀；Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O；（4）据图，t2时刻后反应并未停止温度却开始降低，原因是铁生锈放出的热量小于装置散失的热量，故填：铁生锈放出的热量小于装置散失的热量；（5）对比AB段和BC段说明加氯化钠溶液前，铁锈蚀较慢，t3时刻压强突然变大的原因是铁锈蚀消耗氧气，装置内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，反应产生较多氢气，故填：加氯化钠溶液前，铁锈蚀较慢；铁锈蚀消耗氧气，装置内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，反应产生较多氢气。（6）解：设铁的质量为x。 x= 则该固体中铁锈质量分数表达式 ，故填：。（7）该实验氢气未干燥，含有水蒸气，故得到氢气体积偏大，计算铁质量分数偏大，铁锈质量分数偏小，解决方法在乙、丙装置间加一个干燥装置，故填：氢气未干燥，含有水蒸气；在乙、丙装置间加一个干燥装置；（8）实验1是铁钉，实验二是铁粉，实验二铁锈蚀明显更快的原因是使用铁粉和加入碳粉，加快了铁锈蚀的速率，故填：使用铁粉和加入碳粉，加快了铁锈蚀的速率。5．     铁钉生锈需要与水和空气接触     食盐可以加快铁钉锈蚀     洗涤干净后擦干，放置在通风干燥处     Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O     长颈漏斗     H2     取三支试管，分别加入等量的K3[Fe（CN）6]溶液，前两支试管加入依次氯化铁溶液，铁钉，第三支试管加入等量的氯化铁溶液和相同大小的铁钉，前两支试管不发生变色，第三支试管变色并有蓝色沉淀生成，说明溶液变色是FeCl3与铁钉反应所致【详解】（1）a和b与c相比变量为空气和水，因此得出铁生锈与空气和水有关，故答案为：铁钉生锈需要与水和空气接触。（2）c和d相比，铁钉生锈出现的多，说明食盐可以加快铁钉生锈速率，故答案为：食盐可以加快铁钉锈蚀。（3）菜刀上存留有氯化钠，为了除去氯化钠，需要清洗，另外不能与水和空气同时接触，因此需要擦干，然后通风干燥保存，故答案为：洗涤干净后擦干，放置在通风干燥处。[实验分析]氧化铁与盐酸反应生成氯化铁和水，化学方程式为Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O；故答案为：Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O。[实验验证1]（1）由图可知X为长颈漏斗；故答案为：长颈漏斗。（2）锌与硫酸反应生成氢气和硫酸锌，所以气体为氢气；故答案为：H2。[实验验证2]根据K3[Fe（CN）6]溶液为黄色，FeCl3溶液遇K3[Fe（CN）6]溶液不变色，FeCl2溶液遇K3[Fe（CN）6]溶液会生成蓝色沉淀的现象，设计实验得出实验结论溶液变色是FeCl3与铁钉反应所致,故答案为：取三支试管，分别加入等量的K3[Fe（CN）6]溶液，前两支试管加入依次氯化铁溶液，铁钉，第三支试管加入等量的氯化铁溶液和相同大小的铁钉，前两支试管不发生变色，第三支试管变色并有蓝色沉淀生成，说明溶液变色是FeCl3与铁钉反应所致。6．     B     因为铁钉与瓶中的氧气、水反应，使瓶内的压强减小     仍采用小林的装置作对比实验，保持其他条件不变，将30mL食盐水换成30mL蒸馏水，重复小林的实验操作，观察现象     海边潮湿的空气和咸菜中都含有一定量的氯化钠，氯化钠能加快铁制品的锈蚀速率。【详解】(1)铁在与氧气和水共存时会发生锈蚀，导致装置内的压强减小，在外界大气压的作用下，U型管内的红墨水液面左侧升高，右侧下降；故填：B；因为铁钉与瓶中的氧气、水反应，使瓶内的压强减小；(2)要说明食盐水能加速铁钉的锈蚀，还需要再设计一个对比实验，实验方案如下：仍采用小林的装置作对比实验，保持其他条件不变，将30mL食盐水换成30mL蒸馏水，重复小林的实验操作，观察现象；故填：仍采用小林的装置作对比实验，保持其他条件不变，将30mL食盐水换成30mL蒸馏水，重复小林的实验操作，观察现象；(3)海边潮湿的空气和咸菜中都含有一定量的氯化钠，氯化钠能加快铁制品的锈蚀速率，所以海边的铁制品，锈蚀程度比其他地方更严重；切过咸菜的菜刀，不及时清洗，很容易就锈蚀了；故填：海边潮湿的空气和咸菜中都含有一定量的氯化钠，氯化钠能加快铁制品的锈蚀速率。7．     A     +3价     40     铁锈蚀消耗氧气，且氧气约占空气总体积的1/5     温度     温度在10~50℃的范围内，温度越高，铁钉腐蚀的速度越快     试管内的氧气已耗尽，剩余的铁不能继续锈蚀     向乙装置的试管中充入氧气，并在50℃的环境中放置3天；若铁钉增加的质量大于0.18g，则分析成立【详解】（1）A、未擦干的铁锅，跟潮湿的空气接触最易生锈；    B、涂油漆的栏杆隔绝了铁与氧气、水的接触，不易锈蚀；    C、不锈钢是一种铁合金，抗腐蚀性能强；（2）氧元素显-2价，设铁元素的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：2x+（-2）×3=0，则x=+3价；（3）铁锈蚀消耗氧气，且氧气约占空气总体积的1/5，根据题意知，量筒内有50mL空气，其中有氧气10mL，铁丝生锈要消耗掉这10mL氧气，在外界大气压强的作用下，水进入量筒10mL，最后量筒内水面最后约在40mL刻度处；（4）分析表中数据可知，小强同学的实验是探究温度因素对铁钉腐蚀快慢的影响；由数据可知：温度在10~50℃的范围内，温度越高，铁钉腐蚀的速度越快；（5）由表中数据可知，50℃以后铁钉质量不再增加，是因为试管内的氧气已耗尽，剩余的铁不能继续锈蚀；可继续通如氧气，并保持在50℃，几天后观察现象，可得出结论，具体操作：向乙装置的试管中充入氧气，并在50℃的环境中放置3天；若铁钉增加的质量大于0.18g，则分析成立。