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    某化学兴趣小组的同学为了探究铁生锈的因素，设计了下图装置进行实验。实验时，他们将一枚洁净的铁钉放入食盐水中（如右下图，装置气密性良好），一段时间后，进行观察。请你一起参与分析，并完成后续实验设计。

    【观察现象】

    ①装置右侧U形管中的红墨水液面左高右低；②铁钉生锈，试管底部有黑色固体物质。

    【提出问题】U形管中的红墨水液面为何左高右低？黑色固体物质又是什么？

    【理论分析】该小组的同学根据已学过的知识分析得知，红墨水液面左高右低的原因是                                                  。

    【猜想与假设】该小组中的小明同学猜测该黑色固体可能含有：①Fe，②Fe2O3，③FeCl3，④C，四种物质。

    【分析与验证】该实验小组同学根据小明的四种猜测做了以下分析：

    （1）小红同学认为不可能含有氯化铁，该结论得到小组同学的认可，理由是：            

                                                                      。

    （2）小强同学认为一定含有碳，该结论也得到小组同学的认可，理由是：                 

                                                                      。

    （3）该小组的同学不能确定黑色固体中是否含有铁，请你帮助他们设计方案进行确认：

    实验步骤

    实验现象

    实验结论

    你选用的试剂是：

                   。

     

                    

     

                  

    【知识链接】相信你一定在家中做过铁钉分别在水和食盐水中生锈的实验，你的结论之一是铁钉在

               （填“水”或“食盐水”）中生锈快。

    【继续探究】请你继续设计实验探究影响铁钉生锈快慢的其它因素，若正确，本题另奖励4分，化学试卷总分不超过60分。

     

    【答案】

    【理论分析】铁生锈消耗试管内的部分氧气，使其内部压强减小，U形管中红墨水在大气压的作用下而出现左高右低。

    【分析与验证】（1）FeCl3易溶于水，且呈黄色。（2）铁钉中原本就含有少量的碳。

    （3）设计方案（其它合理答案均可给分）

    实验步骤

    实验现象

    实验结论

    你选用的试剂是： 稀盐酸   。

        有气泡    

       有铁  

    【知识链接】食盐水

    【继续探究】本题为开放性试题，可从温度、氧气浓度、杂质（催化剂、电解质）、铁的表面积等外在因素考虑对铁生锈的影响。只要设计的实验方案合理，现象、结论叙述正确，均可奖励4分。如：将几枚铁钉放在含有空气和水分相同、温度不同（如20℃和30℃）的试管中，发现温度越高铁生锈的速率越快，得出铁生锈的速率与温度成正比关系。

    【解析】

    试题分析：【理论分析】铁钉生锈是铁在氧气和水的共同作用下的结果，由于该反应消耗了试管内的氧气，使试管内的压强变小，低于外界大气压，故在外界大气压强的作用下，右侧U形管中的红墨水的液面会左高右低。

    【分析与验证】（1）根据题意，“试管底部有黑色固体物质”，说明该黑色物质不溶于水，而氯化铁是易溶于水的物质，所以试管底部的黑色固体物质不可能是氯化铁。

    （2）因为铁钉是铁的合金制成的，而铁合金中含有碳，而且碳在一般条件下不与其他物质反应，所以试管底部的黑色固体物质中含有碳。

    （3）要想确定黑色固体中是否含有铁，可根据铁的性质分析并设计实验验证，如铁与稀酸能反应并生成气体，故可以取少量固体并向其中加入几滴稀盐酸或稀硫酸，若有气泡产生说明含有铁；若无气泡产生说明不含铁。

    【知识链接】铁在水和氧气同时存在的条件下，容易生锈，且在酸和氯化钠的存在下，能使铁加速锈蚀。

    【继续探究】温度、氧气的浓度、杂质（催化剂、电解质）、铁的表面积等外在因素都会影响铁的生锈，可选取其中一点进行验证，值得注意的是，一定要设计成对照实验，这样便于对比总结出规律，还要注意对照实验中的控制变量法，只能有一个可变量。如可将几枚铁钉放在含有空气和水分相同、温度不同（如20℃和30℃）的试管中观察，会发现温度越高铁生锈的速率越快，得出铁生锈的速率与温度成正比的关系。

    考点：金属锈蚀的条件及其防护，实验方案的设计与评价

    点评：理解和熟练掌握铁生锈的条件，以及常见物质铁及其化合物的性质和颜色等知识，是解答本题的关键；此外，对于探究型实验探究，要熟悉实验探究的环节和方法，精心设计实验方案，将所学过探究物质的性质或变化规律的技巧迁移至此，进行细心地探究实验和观察现象，再通过分析实验现象，推断、总结出该物质的性质或变化规律等。

     

    练习册系列答案
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    相关习题

    科目：初中化学 来源： 题型：阅读理解

    12、碳酸氢钠（NaHCO3）俗称小苏打，常用于食品和医药工业．某化学兴趣小组的同学对碳酸氢钠的性质进行探究．
    实验一：探究碳酸氢钠溶液的酸碱性
    用pH试纸测得碳酸氢钠溶液的pH为10，由此可知碳酸氢钠溶液呈
    碱
    性．
    实验二：探究碳酸氢钠的热稳定性
    [查阅资料]碳酸氢钠受热容易分解，生成水、二氧化碳气体和一种常见的固体物质．
    [进行实验]为验证碳酸氢钠受热时会分解，兴趣小组的同学取一定质量的  碳酸氢钠到铜片上加热，如右图所示．
    （1）加热一段时间后，观察到烧杯内壁有
    有水珠
    ．
    （2）充分加热后，将烧杯迅速倒转过来，倒入适量的澄清石灰水，振荡，观察到石灰水变浑浊．写出该反应的化学方程式
    CO2+Ca（OH）2═CaCO3↓+H2O
    ．
    （3）兴趣小组的同学认为充分加热后的固体产物可能是NaOH或Na2CO3．
    ①他们猜想的依据是
    根据质量守恒定律，反应前后元素的种类不变
    ．
    ②请设计实验检验反应后的固体产物是NaOH还是Na2CO3，并填入下表（只要求填写其中一行．若两行都写，按第一行计分）：
    实验操作 预期现象 结论
    取样，加入适量的稀盐酸
    有气泡产生
    		 固体产物是Na2CO3，而不是NaOH
    取样，加入适量的稀盐酸
    没有气泡产生
    		 固体是产物NaOH，而不是Na2CO3
    [拓展应用]碳酸氢钠、碳酸钙、氢氧化镁等常用于制作抗酸药，用来治疗胃酸过多．但对于
    患有胃溃疡（胃黏膜溃烂）的病人在胃酸过多时，却不宜服用碳酸氢钠、碳酸钙等碳酸盐，
    其原因是
    它们之间会发生化学反应生成二氧化碳气体，使胃内压强增大，可能会产生胃穿孔
    ．

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    科目：初中化学 来源： 题型：

    35、大气中CO2含量的增加会加剧温室效应，为寻找处理CO2，减少其排放的方法，某化学兴趣小组的同学设计了实验室制取CO2，并将CO2转化的实验．制取CO2装置图如下：

    将CO2转化的实验流程为：

    请你帮助他们回答下列问题：
    （1）写出实验室制取CO2的化学方程式
    CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑
    ；
    （2）浓硫酸的作用是
    吸水干燥
    ，收集装置为
    B
    （填字母）
    （3）利用C装置可以收集标准状况下最轻的气体，实验室制取该气体的化学方程式是
    Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑
    ，点燃这种气体前应
    验纯
    ．
    （4）实验流程中CO2转化的最终产物为
    C和O2
    （填化学式，下同），在此过程中可循环利用的物质是
    HCl
    ．

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    科目：初中化学 来源： 题型：

    （2008?东城区二模）下图是实验室制取气体的常用装置，请根据图示回答：（注：a与b处分别接尾气处理装置）

    （1）实验室若用高锰酸钾制取氧气，选择的发生装置是
    A
    A
    （填字母，下同）．若要制取二氧化碳应选择的发生装置是
    B
    B
    ，制取二氧化碳的化学方程式为
    CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑
    CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑
    ．
    （2）机动车排放的尾气是空气的重要污染源，其成分之一是氮氧化物（如NO2等）．某化学兴趣小组的同学在查阅资料后得知：
    （i）NO2常温下是一种红棕色有刺激性气味的气体，它的密度比空气大．
    （ii）NO2能溶于水并与水反应生成硝酸．
    （iii）实验室常用铜与浓硝酸反应制取NO2：Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2X．
    根据以上信息回答下列问题：
    ①物质X的化学式为
    H2O
    H2O
    ．
    ②若从上图中选择合适的装置来制取并收集NO2气体，你选择的发生装置是
    B
    B
    （填装置序号，下同），收集装置是
    E
    E
    ．
    ③实验时在发生装置中可以观察到：铜片不断溶解并得到蓝色溶液[为Cu（NO3）2溶液]，还能观察到的现象有
    铜片表面有气泡放出，有红棕色气体产生
    铜片表面有气泡放出，有红棕色气体产生
    ．

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    科目：初中化学 来源： 题型：

    （2012?烟台）某化学兴趣小组的同学用如图所示装置进行实验（装置气密性良好），先关闭止水夹，将足量的氢氧化钠溶液滴入烧瓶中，充分吸收掉二氧化碳后，再打开止水夹．
    （1）烧瓶中观察到的现象是
    澄清石灰水倒吸入烧瓶，烧瓶中溶液变浑浊
    澄清石灰水倒吸入烧瓶，烧瓶中溶液变浑浊
    ．
    （2）根据上述现象能否得出“二氧化碳与氢氧化钠发生了反应”的结论？原因是
    不能，也可能是二氧化碳溶于水造成的
    不能，也可能是二氧化碳溶于水造成的
    ．
    （3）实验结束后，兴趣小组提出新问题：烧瓶内液体的溶质可能是什么？
    [猜想]猜想①：溶质只有氢氧化钠；
    猜想②：溶质是氢氧化钠和氢氧化钙；
    你还需补充的猜想：溶质是
    氢氧化钠和碳酸钠
    氢氧化钠和碳酸钠
    ．
    [设计实验]请你为这三种猜想设计实验验证方案
    实验操作 预期现象及结论

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    科目：初中化学 来源： 题型：

    某化学兴趣小组的同学在实验室配制质量分数为8%的氢氧化钠溶液，并用其测定某稀盐酸中溶质的质量分数．
    （1）配制200g质量分数为8%的氢氧化钠溶液．
    ①计算：需要氢氧化钠固体的质量为
    16
    16
    g，水的体积为
    184
    184
    mL（水的密度近似看作1g/cm3）．
    ②称量：调节托盘天平平衡，将一个烧杯放在托盘天平的
    左
    左
    盘，称量其质量．然后
    BA
    BA
    （按操作的先后顺序选填字母），直至天平平衡．
    A．将氢氧化钠固体加入烧杯中    B．按需要添加砝码、移动游码
    该步骤中用烧杯而不用纸称量氢氧化钠的原因是
    氢氧化钠有强烈的腐蚀性（或氢氧化钠易潮解）
    氢氧化钠有强烈的腐蚀性（或氢氧化钠易潮解）
    ．
    ③溶解：用量筒量取所需的水，倒入盛有氢氧化钠固体的烧杯里，搅拌，使其溶解，并冷却至室温．
    ④把配好的溶液装入试剂瓶，塞好橡皮塞并贴上标签．
    （2）如图表示用上述配制的氢氧化钠溶液与20g某稀盐酸发生反应后溶液温度的变化情况．
    ①根据曲线判断，当加入氢氧化钠溶液的质量为
    20g
    20g
    时，反应恰好完全进行．
    ②当加入15g氢氧化钠溶液时，所得溶液中的溶质为
    HCl、NaCl
    HCl、NaCl
    （写化学式）．
    ③试计算该稀盐酸中溶质的质量分数（请写出计算过程）．

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