第3节 金属防护和废金属回收-沪教版九年级《化学》上册专项训练

PAGE1第3节金属防护和废金属回收题型01铁锈蚀的条件及铁锈的成分题型02实验探究钢铁锈蚀的条件题型03金属铜的锈蚀题型04金属防锈的措施题型05铁锈蚀的利用题型06金属资源的保护措施及废弃金属的回收再利用题型01铁锈蚀的条件及铁锈的成分钢铁锈蚀的条件：铁与水和氧气接触。有酸或盐存在时会加速金属锈蚀。钢铁锈蚀发生的是缓慢氧化。铁锈的主要成分为Fe2O3【典例1】金属和金属材料是人类社会发展不可或缺的材料，更是人类社会进步的关键所在。（1）《周礼·考工记》中记载：“金有六齐：六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；…”这是世界上最早的合金配比。合金比组成它的纯金属有更多优良性能，如等（答出一条即可）。（2）我国早在春秋战国时期就开始使用铁器。铁制品长期暴露在空气中会发生锈蚀，原因是铁与空气中的水和反应生成铁锈（主要成分是Fe2O3·xH2O），Fe2O3中铁元素的化合价是。【答案】（1）硬度大、强度高、耐腐蚀性强等（2）氧气/O2+3【详解】（1）合金比组成它的纯金属有更多优良性能，如硬度大、强度高、耐腐蚀性强等；（2）铁制品长期暴露在空气中会发生锈蚀，原因是铁与空气中的水和氧气反应生成铁锈，氧化铁中氧元素的化合价为-2，根据在化合物中各元素化合价的代数和为零，则中铁元素的化合价是+3。【变式1-1】（2025·山东德州·中考真题）铁是应用较广泛的金属。下列铁制品最容易生锈的是A．喷漆的栏杆 B．涂油的链条 C．未擦干的铁锅 D．不锈钢保温杯【答案】C【详解】铁生锈是铁与氧气、水发生化学反应的过程，生锈的条件是：铁、氧气和水同时存在。防止生锈的方法包括隔绝空气或水分（如涂漆、涂油）或使用抗腐蚀材料（如不锈钢）。A、喷漆是在铁表面形成了一层致密的保护层，隔绝了氧气和水，阻止了铁的生锈，所以此选项不符合题意；B、涂油是在铁表面形成油膜，隔绝了氧气和水，有效的防止铁生锈，因此不易生锈，所以此选项不符合题意；C、锅未擦干，表面残留水分，提供了生锈所需的水，同时暴露在空气中，有充足的氧气，完全满足生锈条件，因此最容易生锈，所以此选项符合题意；D、不锈钢是铁合金（含铬、镍等），表面形成致密的氧化铬保护层，隔绝氧气和水，具有抗腐蚀性。因此不易生锈，所以此选项不符合题意。故选C。【变式1-2】铁的化学性质比较活泼，在纯氧中燃烧的现象是，化学方程式为。铁在潮湿的空气中易生锈，铁锈的主要成分是（化学式）；铁锈结构疏松多孔，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气等反应，因此，铁制品表面的锈如不及时除去，会加快铁制品的生锈速度。【答案】剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体Fe2O3【详解】铁在纯氧中燃烧的现象是：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体；铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，反应的化学方程式为：；铁锈的主要成分是Fe2O3，铁锈是一种疏松多孔的物质，如不及时除去，会加快铁制品的生锈速度。【变式1-3】（2025·陕西·中考真题）下图实验均可完成空气中氧气含量的测定。关于甲、乙实验下列说法正确的是A．反应条件相同 B．都会生成黑色固体C．实验过程中乙实验更环保 D．红磷、铁粉的用量对实验结果不会产生影响【答案】C【详解】A、甲实验需加热，乙实验在常温下发生缓慢氧化，两个实验的反应条件不相同，故选项说法不正确。B、红磷燃烧生成五氧化二磷，为白色固体，铁粉发生缓慢氧化，生成红棕色的氧化铁，故选项说法不正确。C、乙实验中铁粉在密闭中进行，不污染环境，而甲实验将燃烧匙伸入集气瓶时，反应生成的五氧化二磷扩散到空气中污染环境，因此乙实验更环保，故选项说法正确。D、红磷、铁粉的用量都需足量，才能将装置中的氧气耗尽，实验结果才更准确，故选项说法不正确。故选C。题型02实验探究钢铁锈蚀的条件条件铁钉在干燥的空气中铁钉全部在蒸馏水中铁钉与空气和蒸馏水同时接触铁钉与空气和氯化钠溶液同时接触生锈程度不生锈不生锈易生锈最易生锈结论通过实验对比可知，影响铁生锈的因素是水、空气（或氧气）。由此可知，铁生锈的条件是铁与水和空气（或氧气）同时接触。盐溶液的存在会加快铁的锈蚀。【典例2】实验研究铁锈蚀影响因素，记录如表。请回答相关问题。实验装置序号其他试剂200s时O2的含量①干燥剂21%②10滴水15%③10滴水和1.0g食盐8%（1）对比实验（填序号）可得出食盐能够加快铁的锈蚀。（2）设计对比实验①和②的目的是。（3）除了防止金属锈蚀，请你再写一条保护金属资源的有效措施。【答案】（1）②③（2）探究水是铁锈蚀的条件之一（3）回收利用废旧金属【详解】（1）铁生锈，氧气含量会减少，②③氧气含量减少，说明铁已经生锈，③比②氧气含量低，说明③铁粉生锈速率快，②③其他条件都相同，知是③中多了1.0克食盐，可得出食盐能够加快铁的锈蚀。（2）干燥剂吸水，①没有水，氧气没有减少，铁没有生锈，②加水后氧气减少，铁生锈，说明水对铁锈蚀有影响。（3）保护金属资源的有效措施包括：防止锈蚀、回收利用废旧金属、有计划合理开采、寻找金属替代品。【变式2-1】某学习小组用相同的光亮铁钉探究铁生锈与哪些因素有关，设计的实验如图所示：一周后观察，试管①和③中的铁钉无明显变化，试管②中的铁钉明显生锈。（1）探究发现铁生锈的主要条件是铁与和直接接触。②中铁钉的A、B、C三处中处锈蚀最严重。（2）试管①中加入的蒸馏水要事先煮沸，其目的是。蒸馏水的上面加入一层植物油的作用是。（3）沙漠地区的铁制品锈蚀较慢的原因是。【答案】（1）空气水B（2）除去水中的氧气隔绝氧气（3）空气干燥【详解】（1）铁生锈的主要条件是铁与空气和水接触；对比试管①（只有水，无空气）、③（只有空气，无水）和②（有水和空气），发现①和③中铁钉无明显变化，②中铁钉明显生锈，说明铁生锈的主要条件是铁与空气和水直接接触，在试管②中铁钉的A、B、C三处中，B处同时与水和空气接触最充分，所以锈蚀最严重。（2）蒸馏水事先煮沸是为了除去水中溶解的氧气，因为氧气会影响实验结果；A中蒸馏水上面加入一层植物油是为了隔绝空气，防止空气中的氧气进入水中与铁接触。（3）沙漠地区空气干燥，缺少铁生锈所需的水这一条件，所以铁制品锈蚀较慢。【变式2-2】（25-26九年级上·江苏苏州·阶段练习）Ⅰ．老师设计了如图所示的数字化实验指导同学们对钢铁锈蚀进行探究。用铁粉和碳粉的均匀混合物模拟铁钉成分，用传感器测定试剂瓶内气体的相关数据。可供选择的试剂见表：组别试剂铁粉/g碳粉/g水/滴食盐/g其他一5.00.100干燥剂二5.00.1100无三5.00.1101.0无四5.00.101.0无（1）在A、B两只试剂瓶中依次加入第一组和第二组试剂进行实验。①600s内A瓶中含量几乎不变，B瓶中含量不断减少。实验表明，铁在空气中锈蚀是由于铁和、（填化学式）发生了化学反应。②将第二组试剂中的铁粉和碳粉去除，且将水的用量增加至试剂瓶容积的一半。600s内B瓶中含量也略有减少，主要原因是。（2）为探究食盐对钢铁锈蚀速率的影响，应选择的试剂组别是（填序号）。（3）在两只试剂瓶中均加入第二组试剂，分别改用温度和湿度传感器测得结果如上图所示。瓶内湿度随时间增大（即水蒸气含量增大），根本原因是。Ⅱ．实验再探：某化学学习小组借助下列装置（夹持装置已略）及相关试剂粗略测量空气中的体积分数。（4）已知试管剩余空间和导管的体积为40mL，导管截面积约为1，形成稳定液柱时，读取读数为8.4cm。则空气中氧气的体积分数为%。（精确到小数点后一位）（5）实验时发现上述测量过程因反应较慢耗时较长，查阅资料发现可能与溶液的pH有关。借助上述实验装置，取体积、浓度相同NaCl溶液，调节溶液的pH获得了如下实验数据：pH2.05.56.06.57.08.0液柱高度（cm）01.38.48.48.48.4形成稳定液柱时间（min）3.03.05.15.315.617.5根据实验数据分析，为缩短实验测定时间，pH的最佳范围是。Ⅲ．创新应用（6）上图是某款暖宝宝的标签，它发热的原理是袋内的铁粉生锈而放热，那么①②处最合适的材料选择是_______。A．微孔透气无纺布；不透气塑料 B．微孔透气无纺布；微孔透气无纺布C．不透气塑料；微孔透气无纺布 D．不透气塑料；不透气塑料（7）暖宝宝袋内使用极细的铁粉而不是铁块，目的是。【答案】（1）试剂瓶中会有少量氧气溶解在水中（2）二和三（3）铁的锈蚀反应有热量放出，瓶内温度上升，水蒸发为水蒸气，使瓶内湿度增大（4）21.0%（5）6.0~6.5（6）A（7）增大反应物的接触面积，加快反应速率【详解】（1）①A、B两只试剂瓶中依次加入第一组和第二组试剂，两组中其他条件相同，变量为是否有水，600s内A瓶中含量几乎不变，B瓶中含量不断减少，由此说明铁在空气中锈蚀是铁和、水发生了化学反应，其化学式为；②将第二组试剂中的铁粉和碳粉去除，且将水的用量增加至试剂瓶容积的一半，600s内B瓶中含量也略有减少，主要原因是；氧气不易溶于水，试剂瓶中会有少量氧气溶解在水中；（2）为探究食盐对钢铁锈蚀速率的影响，即变量为是否有食盐，其他条件相同，则由表格数据可知，应选择的试剂组别是二和三；（3）由图可知，瓶内湿度随时间增大（即水蒸气含量增大）的根本原因是：铁的锈蚀反应有热量放出，瓶内温度上升，水蒸发为水蒸气，使瓶内湿度增大；（4）铁钉生锈消耗氧气，待完全反应后冷却至室温，由于氧气被消耗，气体减少，装置内压强减小，打开弹簧夹，烧杯中的红墨水倒吸入导管中，进入水的体积就是消耗氧气的体积，则氧气的体积为，则空气中氧气的体积分数为；（5）由表格数据可知，相同条件下，pH在6.0~6.5时，可达到8.4cm的液柱高度，且此时形成稳定液柱时间较短，故为缩短实验测定时间，pH的最佳范围是6.0~6.5；（6）暖宝宝发热的原理是袋内的铁粉生锈而放热，铁生锈需要与氧气和水接触，内袋中装有铁粉、水、活性炭、食盐等物质，为了让铁粉能与空气中的氧气充分接触发生氧化反应（生锈）并放热，内袋材料需要具有透气性，使氧气能够进入内袋与铁粉接触，所以内袋材料①应选择微孔透气无纺布；外袋的作用是在暖宝宝未使用时，隔绝内袋中的物质与空气接触，防止铁粉提前生锈，不透气塑料具有良好的密封性，能有效阻止空气进入外袋与内袋中的铁粉接触，所以外袋材料②应选择不透气塑料，故选：A；（7）暖宝宝袋内使用极细的铁粉而不是铁块，目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率。【变式2-3】某科创小组提出“影响铁锈蚀的因素”课题并进行实验探究。Ⅰ.探究钢铁锈蚀的基本条件（1）一段时间后，C、D、E中铁钉生锈，A、B中铁钉无明显锈蚀。由A、B、C的现象可知，铁的锈蚀是铁跟（填化学式）等物质作用的过程。铁锈颜色是。D中铁钉比C中铁钉锈蚀程度严重，说明。（2）使用自来水重新进行如图实验，一段时间后发现试管B中铁钉生锈了，其可能的原因是。Ⅱ.探究食盐水对钢铁腐蚀快慢的影响用如图装置进行实验，锥形瓶中放生铁粉末，滴管中预先加入3mL不同浓度的食盐水，并用氧气传感器测定锥形瓶内的氧气浓度，数据如下表所示：实验组生铁粉末质量食盐水浓度3min时瓶内氧气浓度实验①3.5g4%18.96%实验②3.5g8%18.56%实验③X16%18.28%实验④3.5g24%17.99%（3）X＝。该实验探究的是食盐水浓度对钢铁腐蚀快慢的影响，其实验结论是。Ⅲ.探究铁生锈能量的变化小组同学设计如下图的实验3在室温下进行实验，利用温度传感器监测该过程中温度的变化。检查气密性后，将5.0g铁粉，0.1g炭粉和1.0g食盐加入集气瓶中，t1时刻加入1.0mL水。（4）t1-t3时刻曲线变化的原因是。【拓展交流】（5）根据铁生锈的原理分析，铁粉在生活中的相关用途有（任写一点）。【答案】（1）O2、H2O红棕色或红褐色食盐水可以加速铁的锈蚀（2）自来水中含有溶解的氧气（3）3.5g食盐水浓度越大，铁的锈蚀速率越快（4）t1~t2集气瓶中温度升高，是因为t1时刻加入水后，铁与氧气和水同时接触发生铁的生锈，且铁生锈是放热反应；t2~t3集气瓶中温度下降并慢慢恢复至室温，是因为t2时刻后铁生锈接近停止，产生的热量小于体系散失的热量（合理即可）（5）干燥剂、除氧剂、暖宝宝或发热贴（合理即可）【详解】（1）试管A中的铁钉只与氧气接触，没有生锈；试管B中的铁钉只与水接触，没有生锈；试管C中的铁钉与氧气和水同时接触，生锈；由A、B、C的现象可知，铁的锈蚀是铁跟O2和H2O等物质作用的过程；铁锈颜色是红棕色或红褐色；试管D中的铁钉与食盐水接触，比C中铁钉锈蚀程度严重，说明食盐水可以加速铁的锈蚀；（2）使用自来水重新进行如图实验，一段时间后发现试管B中铁钉生锈了，其可能的原因是自来水中含有溶解的氧气，铁钉与氧气和水同时接触后发生了锈蚀；（3）分析表格可知，四组实验中所以食盐水的浓度不同，相同时间内消耗的氧气的量不同，探究的是食盐水浓度对钢铁腐蚀速率的影响，根据对比实验中，变量唯一的原则，则X=3.5g；根据表格可知，食盐水浓度越大，相同时间内消耗的氧气越多，表明钢铁锈蚀速率越快；（4）由图可知，集气瓶中温度先升高，后降低，t1~t2集气瓶中温度升高，是因为t1时刻加入水后，铁与氧气和水同时接触发生铁的生锈，且铁生锈是放热反应；t2~t3集气瓶中温度下降并慢慢恢复至室温，是因为t2时刻后铁生锈接近停止，产生的热量小于体系散失的热量（合理即可）；（5）铁生锈实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程，且铁生锈是放热反应；利用铁粉生锈的原理，可用作干燥剂、除氧剂、暖宝宝或发热贴（合理即可）。题型03金属铜的锈蚀铜锈蚀主要受水、氧气、二氧化碳的影响。在潮湿环境中，铜表面与水和氧气反应生成碱式碳酸铜（俗称铜绿）。沿海地区氯离子会引发点蚀，酸性环境导致铜离子流失。防护措施包括：保持干燥、表面涂层（油漆、防锈油、镀层）等。【典例3】学习了铁在空气中生锈条件后，小明和小红对铜在空气中生锈条件产生了浓厚的兴趣，他们进行了如下探究过程：【查阅资料】铜锈是绿色的，俗称铜绿，主要成分是碱式碳酸铜，铜绿加热能分解生成三种常见的氧化物。【猜测】（1）小红猜测铜生锈与空气中的下列物质有关：①CO2、②O2、③N2、④H2O。小明认为铜生锈与氮气一定无关，依据是。【实验探究】小明设计了如图所示的实验，几天后观察到，A试管中铜片在水面附近有绿色物质，B、C、D试管中铜片均无明显现象。请帮助分析实验过程并回答下列问题：（2）根据上述实验得出，铜生锈与空气中相关物质有。（3）通过A试管现象，上述实验（用序号表示）对比说明铜生锈与氧气一定有关。【实验反思】（4）通过学习，他们认为铁和铜在空气中更易生锈的是；理由是。【实验拓展】（5）小明和小红通过实验探究发现铜绿受热分解的生成、水和一种黑色氧化物，请写出铜绿受热分解的化学方程式。（6）每年都有大量的金属设备和材料因腐蚀而报废，请写出一条保护金属资源的有效途径。【计算】（7）黄铜由铜和锌组成，取黄铜20g放入足量的稀硫酸中充分反应后，得到0.2g氢气，计算黄铜中铜的质量分数。【答案】（1）生成物中无氮元素（2）（3）B（4）铁/Fe铁比铜的活动性强（5）（6）防止金属锈蚀、回收利用废旧金属等合理即可（7）设黄铜中锌的质量为x，则：解得x=6.5g则黄铜中铜的质量分数为答：黄铜中铜的质量分数为67.5%。【详解】（1）反应前后元素种类不变，铜绿中不含有氮元素，则铜生锈与氮气一定无关。（2）B、C、D试管中铜片均无明显现象，说明二氧化碳和水不能使铜生锈、氧气和水不能使铜生锈、二氧化碳和氧气不能使铜生锈；A试管中铜片在水面附近有绿色物质，说明铜生锈与空气中的水、氧气、二氧化碳有关。（3）实验AB中的变量是氧气，A中含有氧气，铜能够生锈，B中不含有氧气，不能生锈，说明铜生锈与氧气一定有关，故填AB。（4）铁比铜活泼，铁生锈与氧气和水有关，铜生锈与氧气、水、二氧化碳有关，空气中二氧化碳含量较低，则铁更容易生锈。（5）反应前后元素的种类不变，则黑色氧化物中含有铜元素，则为氧化铜，铜绿受热分解生成氧化铜、水和二氧化碳，反应的方程式为：。（6）保护金属资源的途径有：防止金属锈蚀、回收利用废旧金属、寻找金属的替代品等。（7）见答案。【变式3-1】铜是重要的金属资源，对促进人类文明起着重要作用。回答下列问题：（1）久置的铜制品表面会生成铜锈，铜锈主要成分为碱式碳酸铜。甲同学以锈蚀严重的废铜屑为原料，设计了回收铜的一种方案。①铜生成铜锈的转化过程中，空气中参与反应的物质除了氧气外，还有。②氧化铜与碳粉在加热条件下的反应，体现了碳的化学性质有（填“可燃性”或“还原性”）；为确定反应结束后氧化铜是否已消耗完，设计实验如下：取出剩余固体，（写出步骤，现象，结论）（2）某工厂经预处理后得到550g含和的废液。乙同学用铁粉和稀硫酸测定该废液中的质量分数并回收铜。实验一：测定该废液中的质量分数。①废液中加入铁粉后，反应的化学方程式为；现象是。②固体A中加入过量稀硫酸，观察到有气泡产生，固体A的成分为。③将固体B洗涤、干燥、称量，得到6.4g铜，则50g的废液中含有g，通过计算可知废液中的质量分数是。实验二：从该废液中回收全部的铜④为回收该废液中全部的铜，还需在实验一的基础上，从剩余的废液中继续回收，方法是。【答案】（1）H2O、CO2还原性取少量剩余固体，加入足量的稀盐酸，若溶液不变蓝，则氧化铜无剩余（合理即可）（2）有红色固体析出，溶液由蓝色逐渐变成浅绿色铁和铜1632%根据实验1中测得的的质量分数计算加入所需铁粉的质量，使加入的铁粉恰好将剩余废液中完全反应完（合理即可）【详解】（1）①铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，铜锈中含有铜、氢、氧、碳元素，铜在空气中生锈，空气中参与反应的物质除了氧气外，还有H2O、CO2；②氧化铜与碳在加热条件下反应生成铜和二氧化碳，一碳夺取了氧化铜中的氧，使氧化铜被还原为铜，体现了碳的还原性；氧化铜能与盐酸反应生成氯化铜和水，则为确定反应结束后氧化铜已消耗完，取少量剩余固体，加入足量的稀盐酸，若溶液不变蓝，则氧化铜无剩余（合理即可）；（2）①铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，反应的化学方程式为Fe+CuSO4=Cu+FeSO4；现象为：有红色固体析出，溶液由蓝色逐渐变成浅绿色；②固体A中加入过量稀硫酸，观察到有气泡产生，说明固体A中铁有剩余，则固体A为铁和铜的混合物；③根据质量守恒定律，可知，生成的铜的质量等于溶液所含硫酸铜中铜元素质量，已知得到6.4g铜，则50g废液中硫酸铜质量为：；则废液中的质量分数是；④为回收该废液中全部的铜，还需在实验一的基础上，从剩余的废液中继续回收，方法是根据实验1中测得的CuSO4的质量分数计算加入所需铁粉的质量，使加入的铁粉恰好将剩余废液中CuSO4完全反应完，然后过滤、干燥，得到除净的铜。【变式3-2】铜是重要的金属资源，它对于改善人类生活、促进人类文明起着重要作用。某小组同学围绕金属铜展开了相关研学。铜的冶炼：我国古代劳动人民很早就掌握了“火法炼铜”和“湿法炼铜”的方法。（1）“火法炼铜”：宋代《大冶赋》中记载了用孔雀石和木炭经过如下反应可获得铜（如图）。第一步为木炭燃烧放热使孔雀石分解得到氧化铜；第二步为木炭和氧化铜在高温下反应制备铜，是利用了木炭的性。（2）“湿法炼铜”：宋代《梦溪笔谈》中记载，“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。已知胆矾溶于水可得到硫酸铜溶液，则该炼铜过程可用化学方程式表示为，该反应属于（填基本反应类型）。（3）铜的加工：青铜是金属冶铸史上最早的合金，其主要成分是铜和锡。《吕氏春秋》中就有对青铜的记载：“金（铜单质）柔锡（锡单质）柔，合两柔则刚”。表明与铜、锡相比，青铜的特性是。（4）铜的锈蚀：铜制品长期暴露在空气中，表面会生成铜锈［主要成分为Cu2（OH）2CO3］，从物质组成的角度分析，铜生锈是铜与空气中的O2、H2O和长期作用的结果；为防止铜制品生锈，请你提出一条合理化建议。（5）铜的金属活动性：某小组同学设计如图所示实验，验证铁、铜、银三种金属的活动性强弱。①实验前需要将金属丝打磨，目的是。②实验中，能观察到试管A中出现的现象是。若要准确得出铁、铜、银三种金属的活动性强弱，X为，Y为溶液。③实验后对所用金属进行回收，其意义是（写出一条即可）。【答案】（1）还原（2）置换反应（3）硬度大（4）CO2/二氧化碳保持铜制品表面洁净干燥（合理即可）（5）除去金属表面的氧化物和污物有气泡产生，溶液由无色变成浅绿色CuAgNO3节约金属资源【详解】（1）木炭与氧化铜在高温条件下生成铜与二氧化碳，木炭夺走了氧化铜中的氧，体现了氧化铜的还原性；（2）铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁与铜，该反应的化学方程式为：；该反应是由一种单质与一种化合物反应生成另一种单质与另一种化合物，属于置换反应；（3）“金（铜单质）柔锡（锡单质）柔，合两柔则刚”，表明与铜、锡相比，青铜的特性是硬度大；（4）化学反应前后，元素种类不变，铜绿中含有铜、氢、氧、碳四种元素，故铜生锈是铜与空气中氧气、水、二氧化碳长期作用的结果；为防止铜制品生锈，可以保持铜制品表面洁净干燥（合理即可）；（5）①实验前需要将金属丝打磨，目的是除去金属表面的氧化物和污物；②铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁与氢气，实验中出现的现象为有气泡产生，溶液由无色变成浅绿色；铁的金属活动性大于铜大于银，铁与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应，说明铁的金属活动性比铜强，还需比较铜与银的金属活动性，故X可为铜，Y为硝酸银溶液；③实验后对所用金属进行回收，其意义是节约金属资源。【变式3-3】金属在生产生活中发挥着重要的作用。小组同学围绕金属铜展开了学习Ⅰ：铜的性质小组同学通过如图所示实验认识铜的性质：

（1）实验1，观察到火柴头燃烧，说明铜具有的物理性质是。（2）实验2的现象是。Ⅱ：铜的冶炼铜是人类最早使用的金属之一，炼铜工艺的发展史如图所示。

（3）火法炼铜涉及的化学反应之一为：，该反应是。（填基本反应类型）（4）北宋沈括所著的《梦溪笔谈》中记载了“湿法炼铜”的方法：“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。即在硫酸铜溶液中加入铁，则可得到铜。该反应的化学方程式是。（5）生物炼铜是先将硫化铜（CuS）在硫杆菌的作用下与空气中的化合生成硫酸铜。（6）电解精炼铜过程中，电能转化为能。（7）我国古代制黄铜的原理如图所示。

①混合均匀前常将炉甘石、木炭等原料粉碎，其目的是。②高温还原过程中涉及的主要反应有，得到的黄铜比纯铜硬度（填“大”或“小”）。③为了测定某黄铜中铜的质量分数，取10g黄铜粉末加入足量稀硫酸，产生氢气0.1g。则该混合物中铜的质量分数为。Ⅲ：铜的锈蚀铜锈赋予青铜器历史感。铜锈主要有Cu2（OH）2CO3和Cu2（OH）3Cl，考古界根据铜锈是否会加速铜的锈蚀分为“有害锈”和“无害锈”，其作用示意图如下：

（8）据图可知Cu2（OH）3Cl具有（填“致密”或“疏松”）结构，因此属于（填“有害锈”或“无害锈”）。【答案】（1）导热性（2）铜片表面有银白色固体析出，溶液由无色变为蓝色（3）分解反应（4）Fe+CuSO4=FeSO4+Cu（5）氧气/O2（6）化学（7）增大反应物接触面积，使其充分反应大67.5%（8）疏松有害锈【详解】（1）实验1，观察到火柴头燃烧，说明铜具有的物理性质是导热性。（2）铜会与硝酸银溶液反应生成硝酸铜溶液和银，故实验现象为铜片表面有银白色固体析出，溶液由无色变为蓝色。（3）由化学方程式可知，该反应为一种物质生成三种物质，符合“一变多”的反应特点，故反应类型为分解反应。（4）硫酸铜溶液可以与铁反应生成硫酸亚铁溶液和铜，故方程式为：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。（5）由题意可知：生物炼铜是化合反应，故是将硫化铜（CuS）在硫杆菌的作用下与空气中的氧气化合生成硫酸铜。（6）电解精炼铜过程中，通电使化学反应发生，故为电能转化为化学能。（7）①、混合均匀前常将炉甘石、木炭等原料粉碎，其目的是增大反应物接触面积，使其充分反应；②、合金的硬度比组成该合金的金属的硬度大，故黄铜比纯铜硬度大；③、设：混合物中锌的质量为xx=3.25g故：混合物中铜的质量为10g-3.25g=6.75g，故混合物中铜的质量分数为。（8）由图可知：Cu2（OH）3Cl吸附了潮湿的空气，故有吸附性，故具有疏松多孔的结构；吸附潮湿的空气会加速铜的锈蚀，故属于有害锈。题型04金属防锈的原理与措施原理：隔绝空气和水方法：保持铁制品的洁净和干燥；铁制品表面覆盖保护层，如涂油、刷油漆、烧制搪瓷、镀一层金属如铬、烤蓝（在金属表面生成一层致密的氧化膜）；改变其内部结构，制成耐腐蚀的合金，如不锈钢等。【典例4】世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的20%~40%。下列有关铁制品锈蚀与保护的说法不正确的是A．铁与氧气、水等反应导致铁制品锈蚀 B．寻找金属的代用品有利于保护金属资源C．铁锅清洗后未擦干的水可隔绝空气减缓锈蚀 D．铁栏杆表面刷漆能减缓锈蚀【答案】C【详解】A、铁生锈的条件是铁与氧气、水同时接触发生一系列复杂的化学反应，该说法正确，不符合题意；B、寻找金属的代用品，减少金属的使用量，可以降低金属资源的开采速度，该说法正确，不符合题意；C、铁生锈需要与氧气和水接触，铁锅清洗后未擦干，水会使铁与氧气和水充分接触，会加快铁的锈蚀，而不是减缓锈蚀，该说法错误，符合题意；D、铁栏杆表面刷漆能使铁与氧气和水隔绝，从而减缓铁的锈蚀，该说法正确，不符合题意。故选C。【变式4-1】中国传统工艺美术的重要代表之一芜湖铁画——“以锤为笔，以铁为墨”，被誉为“中华一绝”，并多次被官方认定为国家级非遗项目。将铁片和铁丝加热软化后，使用锤子、钳子等工具不断地进行锻打焊接，造出铁画的整体造型

①锻铁铁片烧红后蘸水淬火，能提升铁器的硬度，高温下铁和水蒸气会反应生成四氧化三铁和氢气

②淬火用热烘松香柏油当漆，涂在铁画上防止锈蚀，同时增加光泽度和显出黑色

③上漆（1）将铁片和铁丝锻打成画，是因为铁具有（填“导热性”或“延展性”）。（2）“锻铁”是指通过炼制和锻打，调节铁合金中（填名称）元素的含量，以改变铁合金的性能。（3）“上漆”可以防止铁画锈蚀，这种防锈的原理是使铁和（填化学式）隔绝。【答案】（1）延展性（2）碳（3）、【详解】（1）将铁片和铁丝锻打成画，是因为铁具有延展性；（2）“锻铁”过程中，通过炼制和锻打，主要调节铁合金中碳元素的含量，以改变铁合金的性能，因为含碳量不同，铁合金的性能会有很大差异，如钢和生铁含碳量不同，性能也不同；（3）铁生锈的条件是铁与氧气和水接触，“上漆”可以防止铁画锈蚀，这种防锈的原理是使铁和O2、H2O隔绝。【变式4-2】某小组同学开展项目式学习：探究食品脱氧剂使用过程中发生的反应【资料信息】①食品脱氧剂的主要成分是铁粉和辅助物质，脱氧原理是铁的生锈。②铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O。③硫酸铜和碱石灰均可吸收水蒸气【任务一】探究铁生锈的条件（1）小组同学进行如图实验，一段时间后实验Ⅰ中铁丝生锈，实验Ⅱ、实验Ⅲ中铁丝没有生锈，据此推理出铁生锈与有关。请列举生活中防止铁锅锈蚀采取的措施：（任与一种即可）。若铁丝足量并且反应时间足够长，当打开实验Ⅰ中止水夹时，还能观察到的现象是。【任务二】探究铁粉锈蚀快慢和程度（2）小组同学设计了图1探究装置，按照图1连接好实验仪器后，首先需要进行的操作是。将5g铁粉和2g碳粉加入三颈烧瓶，连接压强传感器、数据采集器，采集数据，绘制出压强随时间变化的曲线如图2所示。t1时刻利用注射器加入2mL饱和NaCl溶液，t3时刻将一只装有稀盐酸的注射器插到烧瓶上并加入稀盐酸。根据图2信息对比AB段和BC段，说明，t3时刻压强突然变大，说明铁粉锈蚀的程度属于（填“部分”“全部”）锈蚀。【任务三】测定脱氧剂使用后的铁锈主要成分Fe2O3·nH2O中n的数值，写出对应反应的化学方程式。（3）根据图3进行两步实验，实验相关数据如图4所示。第一步：取5.0g使用一段时间的脱氧剂于玻璃管中，持续通入N2，加强热至t1时刻。第二步：改持续通入H2，加强热至t2时刻，熄灭酒精喷灯后，继续通入H2至固体冷却。继续通入H2的目的是。期间检测玻璃管和脱氧剂总质量的变化情况，获得数据经过科学分析绘制成了图4.请你结合数据写出脱氧剂使用后的铁锈主要成分Fe2O3·nH2O中n的数值：。【答案】（1）氧气、水持铁锅表面干燥/涂油（合理即可）右侧试管液面下降，左侧试管内液面上升至刻度1附近（2）检查装置的气密性氯化钠溶液能加快铁粉的锈蚀部分（3）将水蒸气全部排到后续装置，防止实验误差5【详解】（1）实验Ⅰ中铁丝与水、氧气接触生锈，实验Ⅱ中铁丝只与氧气接触（水被干燥剂吸收）、实验Ⅲ中铁丝只与水接触（氧气被脱氧剂吸收）都不生锈，说明铁生锈与氧气、水有关；防止铁锅锈蚀，可保持铁锅表面干燥，减少与水的接触；或涂油，隔绝氧气和水；铁丝生锈消耗氧气，使试管内压强减小，打开止水夹，水会倒吸入左侧试管，由于氧气约占空气体积的，所以进入水的体积约占试管内空气体积的，右侧试管液面下降，左侧试管内液面上升至刻度1附近。（2）进行有气体参与或生成的实验，连接好仪器后首先要检查装置的气密性；t1​时刻加入饱和溶液后，BC段压强下降更快，说明铁粉锈蚀速率加快，即氯化钠溶液能加快铁粉的锈蚀；t3​时刻加入稀盐酸，压强突然变大，是因为稀盐酸与未锈蚀的铁反应生成氢气（），说明还有铁未锈蚀，即铁粉锈蚀的程度属于部分锈蚀。（3）如果不继续通入H2，生成的水蒸气部分残留在玻璃管内，无法被碱石灰完全吸收，会导致实验误差。所以继续通入H2的目的是：将水蒸气全部排到后续装置，防止实验误差；第一步，脱氧剂加热失去结晶水，质量从5.0g变为4.10g，则结晶水的质量为；第二步，Fe2O3被氢气还原为铁，Fe2O3中氧元素的质量为，则Fe2O3的质量为。Fe2O3·nH2O中，Fe2O3与nH2O的质量比为，解得n=5。【变式4-3】科技小组同学以“铁锈蚀”为主题开展如下项目式学习。【查阅资料】食品脱氧剂的主要成分是铁粉和辅助物质，脱氧原理是铁的生锈。I.探究铁生锈的条件【设计实验】取3段光亮无锈的细铁丝，绕成螺旋状，进行如图所示的三个实验，实验要保证有足够长的时间来观察现象。（1）对比实验填序号，可以得出铁生锈需要水。（2）实验Ⅰ中铁丝足量，时间足够长，打开止水夹后，观察到现象。写出铁锈主要成分化学式。Ⅱ探究影响铁粉生锈速率的因素【查阅资料】①暖贴的发热材料主要有铁粉、活性炭、食盐、水等物质。②白色硫酸铜遇水变蓝。【猜想假设】①活性炭能加快铁粉生锈的速率。②食盐能加快铁粉生锈的速率。【进行实验】表中是2g铁粉、5g水与不同质量活性炭、食盐混合均匀10分钟温度记录。实验编号活性炭食盐温度上升值1002030x4【解释与结论】（3）表中x的值为。（4）对比实验1和3，得出的结论是。得出结论：对比1和2，3，4“活性炭与食盐同时存在会大幅度加快生锈速率”。（5）下列说法或做法正确的是______填字母。A．暖贴在使用前不需要密封保存B．利用铁生锈的原理，可以测定空气中氧气含量C．利用铁生锈的原理，铁粉还可用于食品保鲜D．校内用钢架制作的自行车防雨棚应定期喷涂油漆防锈Ⅲ铁锈主要成分下的n数值探究（6）根据图3进行两步实验，实验相关数据如图4。第一步：取5.0g使用一段时间的脱氧剂于玻璃管中，持续通入N2，加强热至t1，反应过程中当观察到现象，证明产物有水。第二步：改持续通入H2，加强热至t2，熄灭酒精喷灯后，继续通入H2至固体冷却。继续通入H2目的是。【计算】（7）这包“脱氧剂”中Fe2O3•nH2O的。【答案】（1）Ⅰ、Ⅱ（2）左端液面上升至刻度线1Fe2O3（3）0.2（4）食盐会加快铁生锈（5）BCD（6）硫酸铜粉末变蓝将水蒸气全部排出到后续装置，防止产生误差（7）5【详解】（1）根据对照实验原理，实验Ⅰ、Ⅱ对比满足变量为是否有水，研究对象是铁生锈是否需要水的条件；（2）根据空气中氧气约占总体积的五分之一，铁生锈需要消耗氧气和水，所以实验Ⅰ中铁丝足量，时间足够长，打开止水夹后，观察到现象为：左端液面上升至刻度线1，铁锈主要成份是氧化铁，化学式Fe2O3；（3）根据控制变量法的要求，要研究活性炭、食盐对铁粉生锈速率的促进的作用，只能改变单因素变量，从实验4可知x的值为0.2；（4）通过对比实验1和3，活性炭不变，食盐的量增加，温度上升值增加，所以食盐会加快铁生锈；（5）A、暖贴使用前需要密封保存，防止接触空气内的水蒸气和氧气反应，错误；B、利用铁生锈消耗空气中的氧气，所以可以测定空气中氧气含量，正确；C、铁生锈会消耗水和氧气，所以可以用来食品保鲜，正确；D、通过定期喷涂油漆可以隔绝氧气和水防止生锈，正确。故选BCD；（6）硫酸铜是白色粉末，遇水变蓝，当观察到硫酸铜粉末变蓝，证明有水生成；继续通入氢气，将水蒸气全部排出到后续装置，防止产生误差，如果不继续通入氢气，生成的水蒸气会部分残留在玻璃管内，无法被碱石灰完全吸收，会导致实验误差；（7）由图4可知，时，铁锈由变为，质量减少；时，由Fe变为，质量减少，即减少的质量为中氧元素的质量。则质量关系有：：，即18n：：，解得。题型05铁锈蚀的利用铁生锈（氧化反应）过程中会释放热量，在特定场景下可被有效利用。在化学热敷领域，铁粉与活性炭、盐等混合制成的自发热材料被广泛用于暖宝宝、户外保暖贴等产品，通过控制铁粉氧化速率持续释放40-60℃的热能，持续时间可达8-12小时。【典例5】冬天来临时，超市新上架的暖足贴引起了某化学小组同学的兴趣，小组同学开展了下列探究活动。【查阅资料】暖足贴标签显示成分有铁粉、水、活性炭、氯化钠和蛭石（一种耐高温的超级保温材料）。暖足贴的发热原理是铁粉吸氧腐蚀（消耗氧气和水，生成物为固体）放出热量，加入活性炭、氯化钠能使反应更快，放热现象更明显。【提出问题】哪些因素会影响铁吸氧腐蚀的速率？【实验2】该小组同学设计了如图所示的装置进行四组实验，每组实验加入铁粉和活性炭的总质量均为24g，氯化钠溶液体体积均为7.5mL，恰好将固体润湿，实验结果如表所示。实验序号铁、炭质量比氯化钠溶液浓度/%10分钟时温度升高值/℃12：1267.824：1264.236：1263.342：1136【解释与结论】（1）通过实验发现，铁、炭质量比越大，铁吸氧腐蚀速率（填“越快”“越慢”或“无影响”）。（2）为探究氯化钠溶液浓度对铁吸氧腐蚀速率的影响应选择实验（填序号）进行对比。【答案】（1）越慢（2）1、4【详解】（1）暖足贴的发热原理是铁粉吸氧腐蚀，消耗氧气和水，放出热量，铁粉吸氧腐蚀越快，相同时间内放出的热量就越多，根据控制变量唯一的原则和表中提供的数据，在氯化钠溶液浓度都是26%的条件下，1、2、3三个实验中铁、炭质量比由小到大，10分钟时温度升高值由大到小，说明铁、炭质量比越大，铁吸氧腐蚀速率越慢。（2）根据控制变量唯一的原则，要探究氯化钠溶液浓度对铁吸氧腐蚀速率的影响，则变量为氯化钠溶液浓度，其他条件相同，由表中数据可知，实验1、4中铁、炭质量比相同，氯化钠溶液浓度不同，故应选择对比实验1、4。【变式5-1】“暖宝宝贴”（主要成分为铁粉）发热的原理是铁粉和氧气、水发生反应放热。用“暖宝宝贴”测定空气中氧气的含量，广口瓶容积为270mL，实验装置如图所示。实验后量筒中水的体积为55mL，实验前量筒中水的体积为100mL，参与反应的水的体积忽略不计。（1）铁的锈蚀属于变化（填“物理”或“化学”）。（2）下列实验操作会导致测得的氧气含量偏低的是___________（填序号）。A．铁粉不足B．未等温度恢复至室温后就打开弹簧夹C．装置漏气D．实验前弹簧夹未夹紧（3）本次实验测得空气中氧气的体积分数为（计算过程省略）。（4）与红磷燃烧法相比，此实验测空气中氧气含量的优点有、。【答案】（1）化学（2）ABC（3）18%（4）对环境更友好在密闭环境下进行，误差相对较小【详解】（1）铁生锈是铁与空气中的氧气、水发生反应，生成了新物质铁锈（主要成分是Fe2O3），有新物质生成的变化属于化学变化。

（2）A、铁粉不足，不能将广口瓶内的氧气完全消耗，会使测得的氧气体积分数偏低。B、未等温度恢复至室温就打开弹簧夹：此时广口瓶内温度较高，气体受热膨胀，压强较大，进入广口瓶的水的体积偏小，测得的氧气体积分数偏低。C、装置漏气，在反应过程中会有空气进入广口瓶，或广口瓶内的气体会泄漏出去，导致测得的氧气体积分数偏低。D、实验时，由于铁粉生锈放热，广口瓶内压强增大，气体会从导管逸出，这样会使进入广口瓶的水的体积偏大，测得的氧气体积分数偏高，不符合要求。

所以会导致测得的氧气体积分数偏低的是ABC。（3）广口瓶容积为270mL，其中水的体积为20mL，则广口瓶内空气的体积为270mL-20mL=250mL。实验前量筒中水的体积为100mL，实验后量筒中水的体积为55mL，则进入广口瓶中的水的体积为100mL-55mL=45mL，这部分水的体积就是广口瓶内空气中氧气的体积。可得空气中氧气的体积分数为18%。

（4）“暖宝宝”（主要成分是铁粉）生锈消耗氧气，反应相对温和，不会像红磷燃烧那样产生大量白烟，对环境更友好。该实验装置在密闭环境下进行，误差相对较小，能更准确地测定空气中氧气的含量。【变式5-2】某同学根据市售暖宝宝的标签自制了一款暖宝宝，然后利用温度传感器分别测定两种暖宝宝使用时温度的变化，并绘制曲线如下图。（1）用化学式写出暖宝宝袋内物质：（一个即可）。（2）暖宝宝在使用过程中发生的化学反应（选填“放出”或“吸收”）热量。（3）外袋材料使用不透气塑料的目的是。内袋和外袋的材料互换是否可行，说明理由。（4）比较两种暖宝宝使用时温度的变化，自制暖宝宝不适合“直接贴在衣服上”使用的原因是。【答案】（1）或或或（一个即可）（2）放出（3）隔绝氧气不行，因为外袋材料使用不透气塑料是为了隔绝氧气，防止使用前发生反应；内袋材料需要透气，以保证铁粉能与空气中的氧气和水蒸气接触反应放热（4）自制暖宝宝发热温度最高达80℃，容易烫伤皮肤【详解】（1）铁粉的化学式为，水的化学式为，活性炭的化学式为，实验的主要成分是氯化钠，其化学式为；（2）暖宝宝发热原理是铁粉与水、空气中的氧气反应放热；（3）因为外袋材料使用不透气塑料是为了隔绝氧气，防止使用前发生反应；内袋材料需要透气，以保证铁粉能与空气中的氧气和水蒸气接触反应放热。两者功能不同，因此不能互换；（4）自制暖宝宝发热温度最高达80℃，容易烫伤皮肤。【变式5-3】为了防止食品腐败，在许多食品包装盒中都有一包黑色粉末。这种粉末是一种除氧剂。该粉末没有失效时呈黑色，失效后呈红棕色，为了确定该粉末成分，小明做出了以下的猜想：猜想1：该粉末是木炭粉

猜想2：该粉末是铁粉

猜想3：该粉末是木炭粉和铁粉的混合物（1）小明取没有失效的该粉末，分别用不同的方法进行如下实验，填写表中空格。实验操作实验现象猜想是否成立实验1加入足量的硫酸铜溶液猜想1：不成立实验2加入足量的稀盐酸猜想2：成立【交流与反思】（2）根据失效后的颜色判断，该粉末失效的原因是，变质后得到的红棕色粉末的主要成分是（填物质的化学式）。（3）采用什么实验方法可以使失效的粉末“再生”？（用化学方程式表示）。【答案】（1）有红色固体析出黑色粉末逐渐完全消失，产生气泡（2）铁与空气中的氧气和水发生反应生成了铁锈Fe2O3（3）【详解】（1）实验1：结论为猜想1不成立，则该粉末中一定含有铁粉，加入足量的硫酸铜溶液，铁能与硫