Question

17．一些金屬易生銹，某小組同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)，對金屬銹蝕進(jìn)行探究．
【實(shí)驗(yàn)一】取5枚去油去銹的潔凈鐵釘，分別裝入下表的試管中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)圖示
生銹時間	8min	較長時間不生銹	5min	3min	1min

（1）通過上述實(shí)驗(yàn)可知，溫度越高鐵釘生銹速率越快（填“慢”或“快”）；在酸性（填“酸性”、“堿性”或“中性”）環(huán)境中鐵釘生銹速率較快．
【實(shí)驗(yàn)二】為探究鐵銹的成分，用圖1所示裝置（夾持儀器已省略）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（每步反應(yīng)和吸收均完全）．
【查閱資料】無水硫酸銅能吸收水而變藍(lán)，堿石灰既能吸收水也能吸收CO₂．

（2）請指出圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置的一個明顯缺陷：沒有進(jìn)行尾氣處理．
（3）加熱前，先通入CO一段時間，目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，防止發(fā)生爆炸．
（4）將鐵銹樣品加熱，樣品逐漸變黑，無水硫酸銅逐漸變藍(lán)，由此推知鐵銹中一定含有氫元素，從而推斷出空氣中的水參加了鐵生銹反應(yīng)．
【實(shí)驗(yàn)記錄】

	鐵銹樣品的質(zhì)量/g	裝置B的質(zhì)量/g	裝置C的質(zhì)量/g
反應(yīng)前	23.2	232.4	198.2
反應(yīng)后	/	239.6	211.4

（5）根據(jù)上表數(shù)據(jù)推算，可確定鐵銹的成分，用Fe_xO_y•nH₂O表示，則n=4；若缺少D裝置，x：y的值偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“無影響”）．
（6）欲通過實(shí)驗(yàn)探究鎂帶在空氣中銹蝕的條件，用圖2所示裝置，試管內(nèi)可選用的物質(zhì)如下：
①O₂②水③CO₂④O₂和CO₂⑤CO₂和水⑥O₂和水⑦O₂、CO₂和水
至少需要選用④⑤⑥⑦（填數(shù)字序號），才能達(dá)到探究鎂帶銹蝕的條件．
（7）請寫出鎂帶在空氣中銹蝕，生成堿式碳酸鎂[Mg₃（OH）₂（CO₃）₂]的化學(xué)方程式6Mg+3O₂+4CO₂+2H₂O=2Mg₃（OH）₂（CO₃）₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)表格中的信息來分析解答；
（2）根據(jù)一氧化碳有毒來分析；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)來分析；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律來分析；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律與化學(xué)方程式來分析；
（6）根據(jù)探究金屬銹蝕的方法來分析；
（7）根據(jù)質(zhì)量守恒定律以及化學(xué)方程式的寫法來分析．

解答 解：（1）對比實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)4，實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)5可知，溫度越高鐵釘生銹速率越快；對比實(shí)驗(yàn)1、2、3可知，鐵釘在酸性環(huán)境中銹蝕較快；故填：快；酸性；
（2）尾氣中含有有毒的一氧化碳?xì)怏w，該裝置中沒有將其處理；故填：；沒有進(jìn)行尾氣處理
（3）一氧化碳具有可燃性，不純時加熱或點(diǎn)燃易發(fā)生爆炸，所以先通入CO一段時間，排凈裝置內(nèi)的空氣；故填：排盡裝置內(nèi)的空氣，防止發(fā)生爆炸；
（4）無水硫酸銅能吸收水而變藍(lán)，將鐵銹樣品加熱，樣品逐漸變黑，無水硫酸銅逐漸變藍(lán)，這說明了反應(yīng)后有水生成，說明鐵銹中含有氫元素，也就是鐵銹蝕的過程中有水參與；故填：氫；水；
（5）硬質(zhì)玻璃管內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe_xO_y•nH₂O+yCO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$xFe+yCO₂+nH₂O，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)中生成水的質(zhì)量為：（239.6g-232.4g）=7.2g，生成二氧化碳的質(zhì)量為：（211.4g-198.2g）=13.2g．設(shè)參加反應(yīng)的CO的質(zhì)量為w，則
Fe_xO_y•nH₂O+yCO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$xFe+yCO₂+nH₂O
                     28y                   44y
                      w                    13.2g
$\frac{28y}{44y}=\frac{w}{13.2g}$
w=8.4g
由質(zhì)量守恒定律可知，生成鐵的質(zhì)量為：23.2g+8.4g-13.2g-7.2g=11.2g；
由于反應(yīng)前后元素的種類與質(zhì)量不變，所以23.2gFe_xO_y•nH₂O中含鐵元素的質(zhì)量為11.2g；含有“H₂O”部分質(zhì)量為7.2g；則余下的氧元素質(zhì)量為：23.2g-11.2g-7.2g=4.8g
則：x：y：n=$\frac{11.2g}{56}$：$\frac{4.8g}{16}$：$\frac{7.2g}{18}$=2：3：4，則Fe_xO_y•nH₂O的化學(xué)式為Fe₂O₃•4H₂O．
D裝置中的堿石灰既能吸收水也能吸收CO₂，防止了空氣中二氧化碳與水被裝置C吸收而造成質(zhì)量偏大，若沒有裝置D，則裝置C因?yàn)槲�收了空氣中的水蒸氣和二氧化碳而質(zhì)量偏大，由此計(jì)算出的二氧化碳質(zhì)量偏大，導(dǎo)致氧元素的質(zhì)量偏大，x：y的值偏��；故填：4；偏��；
（6）通過實(shí)驗(yàn)探究鎂帶在空氣中銹蝕的條件，應(yīng)該選擇這樣幾組實(shí)驗(yàn)：④O₂和CO₂；⑤CO₂和水；⑥O₂和水；⑦O₂、CO₂和水四組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比；故填：④⑤⑥⑦；
（7）由鎂帶在空氣中銹蝕，生成堿式碳酸鎂[Mg₃（OH）₂（CO₃）₂]可以推測，是鎂與氧氣、水和二氧化碳反應(yīng)生成了堿式碳酸鎂；故填：6Mg+3O₂+4CO₂+2H₂O=2Mg₃（OH）₂（CO₃）₂．

點(diǎn)評 本題探究了金屬的銹蝕，解題時根據(jù)鐵的銹蝕因素的探究方法、質(zhì)量守恒定律、有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算、化學(xué)方程式的書寫方法分析解答．