Question

13．世界上每年因銹蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料，高達產(chǎn)量的20%～40%，某實驗小組對鐵的燃燒和銹蝕進行如下探究．

探究一：鐵絲燃燒
實驗過程：如圖1所示，取3根粗細、長度均相同的光亮細鐵絲，將其中兩根分別盤成螺旋狀，在每根鐵絲一端系上粗銅絲，另一端系一根火柴桿，點燃火柴桿待快燃盡時，分別插入充滿氧氣的集氣瓶中，觀察到：Ⅰ、Ⅱ中鐵絲都劇烈燃燒，且Ⅱ中鐵絲燃燒比I中的更劇烈；Ⅲ中鐵絲沒有燃燒．回答下列問題：
（1）為什么Ⅲ中鐵絲不能燃燒實驗III中火柴在鐵絲上方，用其火焰內(nèi)焰對鐵絲加熱，內(nèi)焰溫度低，沒有對鐵絲充分預熱，因此不能達到鐵絲的著火點；
（2）寫出鐵絲在氧氣中燃燒的現(xiàn)象劇烈燃燒，火星四射，放出大量的熱，生成一種黑色固體．
探究二：鐵粉生銹的條件
資料卡片：鐵和氧氣及水發(fā)生復雜的化學變化生成鐵銹，鐵銹的主要成分是氧化鐵．
實驗過程：如圖2所示，將包有樣品的濾紙包用大頭針固定在橡膠塞上，迅速塞緊，觀察到量筒內(nèi)水沿著細導管慢慢進入廣口瓶（容積為146mL）．當溫度恢復至室溫，且量筒內(nèi)水面高度不變時讀數(shù)（此時瓶內(nèi)氧氣含量近似為零）．記錄數(shù)據(jù)如表．

序號	樣品	量筒起始讀數(shù)/mL	量筒最終讀數(shù)/mL	所需時間/min
1	1g鐵粉、0.2g碳、10滴水	100	72	約120
2	lg鐵粉、0.2g碳、10滴水和少量NaCl	100	72	約70
3		/	/	/

（3）鐵生銹的過程實際上就是鐵元素化合價升高（填“升高”或“降低”）的過程．
（4）實驗①和②說明NaCl可以加快�。ㄌ睢凹涌臁被颉皽p慢”）鐵銹蝕的速率．
（5）實驗開始后，廣口瓶內(nèi)溫度上升，說明鐵生銹是放熱（“放熱”或“吸熱”）過程．
（6）實驗①和③是探究碳對鐵生銹速率的影響，在表格空白處填寫實驗③的樣品組成1g鐵粉、10滴水．
（7）該裝置還可用于測量空氣中氧氣的含量，根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算氧氣的體積含量是19.2%（精確到小數(shù)點后1位），試分析該實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差的原因濾紙包占有一定體積（寫一條即可）．

Answer 1

分析 探究一：
根據(jù)鐵絲在氧氣中燃燒試驗的操作、現(xiàn)象、注意事項進行分析、判斷回答；
探究二：
（3）根據(jù)單質(zhì)中元素的化合價為零解答；
（4）根據(jù)因為廣口瓶中鐵生銹，是鐵和空氣中的氧氣反應(yīng)，所以廣口瓶中氣體壓強減小量筒中的水會進入廣口瓶，根據(jù)所需時間長短進行分析；
（5）根據(jù)實驗開始后，廣口瓶內(nèi)溫度有所上升分析；
（6）根據(jù)實驗①和③是探究碳對鐵銹蝕速率的影響并比較①方案中實驗設(shè)計分析；
（7）通過空氣體積的變化得出，空氣中氧氣的體積分數(shù)．

解答 解：探究一：
（1）實驗III中火柴在鐵絲上方，用其火焰內(nèi)焰對鐵絲加熱，內(nèi)焰溫度低，沒有對鐵絲充分預熱，因此不能達到鐵絲的著火點，鐵絲不能燃燒；
（2）鐵絲在氧氣中劇烈燃燒，火星四射，放出大量的熱，生成一種黑色固體．
探究二：
（3）金屬單質(zhì)中元素的化合價為零，金屬腐蝕的過程實際上就是金屬元素化合價升高；
（4）因為廣口瓶中鐵生銹所以廣口瓶中氣體壓強減小所以量筒中的水會進入廣口瓶，加入NaCl后所需時間縮短，故答案：加快；
（5）實驗開始后，廣口瓶內(nèi)溫度有所上升，故答案：放熱；
（6）實驗①和③是探究碳對鐵銹蝕速率的影響并比較①方案中實驗設(shè)計，控制鐵和水的用量相同不加碳進行即可．
（7）因為量筒內(nèi)液體減少的體積即為廣口瓶內(nèi)所含有的全部氧氣的體積，所以氧氣的體積含量是$\frac{28mL}{146mL}$×100%=19.2%
答案：
探究一：
（1）實驗III中火柴在鐵絲上方，用其火焰內(nèi)焰對鐵絲加熱，內(nèi)焰溫度低，沒有對鐵絲充分預熱，因此不能達到鐵絲的著火點；
（2）劇烈燃燒，火星四射，放出大量的熱，生成一種黑色固體．
探究二：
（3）升高；
（4）加快；
（5）放熱；
（6）1 g鐵粉、10滴水（7）19.2%；濾紙包占有一定體積．

點評 掌握鐵絲在氧氣中燃燒實驗的正確操作和注意事項是正確解答本題的關(guān)鍵，難度不大．考查了金屬生銹的條件的探究方面的內(nèi)容，注重控制變量法做好對比實驗是解答這類題的關(guān)鍵．