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课题3 金属资源的利用和保护
第2课时 金属资源保护
教学目标 1.以铁生锈为例，探究金属锈蚀的条件，了解防止金属锈蚀的常用方法。2.认识金属矿物是宝贵的自然资源，形成保护和节约资源的可持续发展意识；了解废旧金属对环境的影响及金属回收再利用的价值。
重点和难点 重点：金属的腐蚀与防护。难点：探究金属锈蚀的条件。
◆知识点一 金属资源保护
1.金属的腐蚀与防护
（1）铁钉生锈条件的探究
目的 设计对比实验，得出铁钉生锈的条件
实验图示
一周后的实验现象 铁钉表面生成了一层 的物质，在水面与空气交界处的铁钉部分，生成的红棕色物质最 铁钉表面 铁钉仍光亮如初
实验分析 铁钉同时与水、氧气接触，易生锈 铁钉只与水接触而不与氧气接触，不易生锈 铁钉只与干燥的空气接触而不与水接触，不易生锈
实验结论 铁钉生锈需要铁与空气中的 、 同时接触，发生化学反应
①酸和 等可以加快铁制品的锈蚀。
（2）铁制品的锈蚀
铁钉生锈的过程，实际上是铁与空气中的氧气和水蒸气等发生化学反应的过程。生成的铁锈(主要成分是 ·xH2O)很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。
①铝的氧化物致密，能防止里层的铝与氧气继续接触；而铁的氧化物很疏松，不能阻碍里层的铁与氧气继续接触，因此铝制品比铁制品耐腐蚀。②铁的纯度，环境的温度、湿度、酸碱性等影响铁锈蚀的速率。如与沙漠地区相比，海边的铁制品生锈更快。③铜生锈的条件：铜与空气(或氧气)、水和 同时接触，铜锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3，俗称 。
（3）防止铁制品的锈蚀
原理 破坏铁制品锈蚀的条件，使铁制品隔绝 或
方法
2.保护金属资源
即学即练
1.下列相关“铁制品锈蚀的条件”的探究实验的说法中，错误的是
A．试管中的蒸馏水可以用自来水代替
B．实验前要用砂纸将铁钉打磨干净
C．此实验中使用氯化钙的作用是吸收水蒸气
D．图中左侧的铁钉生锈
2．化学与生活、科技、环境等方面紧密相连，在诸多领域都有着不可或缺的作用，请回答下列问题：
（1）铝土矿主要成分的化学式为 。
（2）厨房中的炊具是不锈钢制成的，不锈钢属于 材料。
（3）自行车链条防锈的方法是 。
（4）铁锈主要成分的化学式为 。
（5）我国化学家徐光宪在稀土分离技术上作出了杰出贡献，稀土金属不可再生，需大力保护。下列有关保护金属资源的做法正确的有______（填选项）。
A．寻找金属的代用品 B．过度开采金属矿物 C．回收利用废旧金属
一、探究铁钉生锈的条件
实验步骤 ①在A试管内加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，使铁钉部分浸没在水中;②在B试管内加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，使铁钉完全浸没在水中，然后在水面上覆盖一层植物油;③在C试管内放棉花和干燥剂，塞紧橡胶塞。将3支试管放置一周左右，观察铁钉生锈情况
实验现象 （1）一周后, A试管内铁钉生锈, 且乙（填甲、乙或丙）处锈蚀严重; B、C试管内铁钉都没有生锈（2）对比试管A、B中的现象，说明铁生锈需要与 接触；对比试管 (填字母)中的现象，说明铁生锈需要与水接触。
实验结论 （3）铁生锈的条件是铁与 、 同时接触
实验反思 （4）实验开始前，需用砂纸打磨铁钉，目的是 。（5）实验前需要将蒸馏水煮沸后迅速冷却，煮沸的目的是 ,迅速冷却的目的是 。（6）试管B中植物油的作用是 ;试管C中干燥剂的作用是 。
实验意外现象分析 （7）一段时间后，某同学发现图1中试管C中的铁钉也出现了少量锈迹，可能的原因是 。
创新装置 （8）在图2所示实验中，观察到Y形管左边的铁片无明显变化，右边铁片生锈，说明铁生锈需要与 接触。
趣味实验 （9）某同学用如图3所示装置进行铁钉生锈条件的探究。两个透明塑料瓶中均装满二氧化碳的水溶液，并将其放在阳光下照射。一段时间后可观察到 (填“甲”或“乙”)中铁钉生锈，该实验证明铁钉生锈与 有关。
实践应用
1．在科学探究中，如果问题涉及多个因素(变量)，可以只研究因变量与一个自变量的关系，控制其他量不变。运用控制变量的方法，可将多变量问题变成多个单变量问题分别研究，最后再综合解决。
六十九中学化学兴趣小组的同学们利用控制变量的方法来探究铁生锈条件。邀请你共同参与完成他们的探究活动。
【明确目的】探究铁生锈的条件
【寻找变量】
（1）铁锈的主要成分为Fe2O3，xH2O3，依据 ，可推测出铁需要与空气中的氧气和水蒸气接触才能生锈，确定变量为 。
【设计实验】同学们设计如图1所示的实验
【证据推理】
（2）对比甲、乙试管中的现象，说明铁钉生锈需要与氧气接触，对比 试管中现象，说明铁钉生锈需要与水接触。通过分析同学们得出铁生锈的条件。
【学科融合】
（3）小玖同学用如图2所示装置进行铁锈蚀条件的探究。两个透明塑料瓶中均装满CO2的水溶液，并将其放在阳光下照射。一段时间后可观察到 (填“甲”或“乙”)中铁钉出现锈蚀。
【方法迁移】
（4）同学们看到教材中三星堆出土的青铜大面具，已经生锈，查阅资料得知铜锈的主要成分碱式碳酸铜(Cu2(OH)2CO3)。可推测出铜锈蚀除有水和氧气外，还必须有 参与，在图3所示的几组实验中，观察到甲试管中铜表面有绿色物质生成，其他三组均无明显现象。作为对照实验的是 组实验(填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”)，其它实验分别与对照实验对比，才能得出铜生锈的条件。
【实际应用】
（5）废旧金属的回收利用，不仅可以减少资源浪费，还能降低环境污染。现取一定量已经锈蚀的铁钉(假设只含铁和氧化铁)，经测定其中氧元素的含量为24%，则已经锈蚀的铁与未锈蚀的铁的质量比为 。
考点一 探究铁钉生锈的条件
【例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 。
【变式1-1】某实验小组为探究铁生锈的条件，设计了如下实验。以下分析正确的是
A．一周后观察到的现象是b中铁钉生锈 B．b试管中放CaCl2的目的是干燥空气
C．一周后玻璃管中的现象是红墨水液面左低右高 D．该实验可以得到铁生锈需要水和氧气的结论
【变式1-2】124中学学习小组同学探究铁钉锈蚀的条件时做了如图所示的实验。
（1）一段时间后，实验①中铁钉锈蚀最严重的部位是 （填“a”“b”或“c”）。
（2）通过①②试管比较能证明铁钉锈蚀与 有关。
（3）实验得出生活中的铁制品生锈实际上是与 。
（4）实验乙取生锈后的铁钉10 g（含有杂质、Fe2O3、铁。杂质不与酸反应，也不溶于水，Fe2O3与硫酸反应的方程式Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O），加入100g稀硫酸中充分反应后得到固液混合物109.8 g，过滤，称量滤液质量为109 g。
①写出铁与硫酸反应的化学方程式 。
②求产生氢气的质量 。
③求反应Fe2O3的质量 g。
【变式1-3】化学兴趣小组欲探究影响铁生锈的因素，利用传感器监测过程中氧气浓度的变化来判断铁生锈的情况。实验记录如下：
序号 其他试剂 初始时氧气浓度/% 200s时氧气浓度/%
水/滴 食盐质量/g 5%的稀醋酸/滴
① 0 0 0 20.8 20.8
② 10 0 0 20.8 15.2
③ 10 0 5 20.8 12.7
④ 10 1.0 0 20.8 8.0
（1）能得到“食盐能加快铁生锈”的结论，依据的实验是 (填序号)。
（2）设计实验②③的目的是 。
（3）“暖宝宝”中发热剂的主要成分有铁粉、氯化钠、活性炭和水，其发热原理是铁生锈时会放出热量。
①用稀硫酸检验发热剂是否有效时，观察到有气泡冒出，说明 (填“仍有效”或“已失效”)，理由是 (用化学方程式表示)。
②利用温度传感器测得两种不同“暖宝宝”使用时温度变化的曲线如下图所示。与市售“暖宝宝”相比，自制“暖宝宝”的不足之处是 (任写一点即可)。
考点二 铁制品的锈蚀和防锈
【例2】某同学绘制了含铁元素的部分物质转化关系图。下列相应的叙述正确的是
A．反应①可以通过铁与空气中的氧气反应来实现，其原理为
B．反应②的原理可以用表示，它属于置换反应
C．反应③的条件是铁在潮湿的空气中，海水中会加快铁的锈蚀，此过程会放出热量
D．反应④可以通过铁与稀硫酸或硫酸盐反应来实现，铁在这类反应中会生成铁离子
【变式2-1】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
【变式2-2】下列金属中表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气继续氧化的是
A．Cu B．Mg C．Fe D．Al
【变式2-3】在人类社会的发展进程中，金属起着重要的作用，结合所学知识回答下列问题。
（1）铜能形成多种合金，其中黄铜的硬度 (填“大于”或“小于”)纯铜的硬度。
（2）不能用铁质容器盛放硫酸铜溶液，原因是： (用化学方程式表示)。
（3）铁制品是生活中广泛应用的金属材料之一，每年有大量的钢铁制品因腐蚀而报废。钢铁生锈是因为与空气中的 同时接触。请你提出一条防止铁制品生锈的建议： 。
考点三 金属资源的保护
【例3】下列有关金属资源的利用和保护的说法不正确的是
A．徐光宪院士和他的团队研发了稀土分离技术，稀土元素是储量较少的一类金属元素的统称
B．金属矿物的储量有限，可以再生
C．大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在，我国矿物储量也很丰富
D．从废旧锂离子电池中回收锂、钴、镍等，对保护环境和实现金属资源循环利用有重要意义
【变式3-1】下列关于资源、能源的叙述错误的是
A．稀土是储量较少的一类金属矿物的统称，对人类来说没有什么用途
B．废旧金属的回收利用，可节约金属资源，减少对环境的污染
C．目前已经广泛用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车零部件等
D．从汽车用过的铅酸蓄电池中回收铅
【变式3-2】“金属保护一小步，资源节约一大步”，下列关于金属及金属材料防护的说法正确的是
A．为了增加经济效益，应加大力度开采金属矿物资源
B．纯金属的抗腐蚀性比合金更好
C．生铁和钢都属于铁合金
D．废弃金属直接丢弃，无需回收利用
【变式3-3】根据要求回答下列问题。
（1）以下是有关保护金属资源的一些具体做法：
a．将铁制成不锈钢
b．使用氮化硅陶瓷齿轮
c．回收铝制饮料罐
d．回收废旧电池
e．给自行车的支架喷漆
f．仪器使用硬塑铸件
请你从保护金属资源的有效途径的角度，从上述做法中选出两种：
你选择标准是① ，包括事例有② (填字母)。
（2）下列四个不同实验，请从基本反应类型及反应的内在变化的角度，找出具有两个相同特点的反应，组成一组，它们是① (填字母)，理由是② 。
A．铝与硫酸铜溶液的反应 B．汞与氧气的反应
C．氧化钙与水的反应 D．木炭粉与氧化铜的反应
基础达标
1．下列金属制品与其防锈的方法不合理的一组是
A．机器上齿轮——表面涂油
B．汽车车身——表面镀上一层其它金属
C．铁盆——表面覆盖搪瓷
D．不锈钢医疗器械——改变金属的组成和结构
2．根据铁锈蚀的条件判断，下列情况中，铁钉最容易生锈的是
A． B．
C． D．
3．下列做法中，不利于保护金属资源的是
A．回收易拉罐
B．过度开采金属矿物
C．防止金属的腐蚀
D．寻找金属代用品
4．文物出土后，暴露在空气中，其被氧化、锈蚀等过程会加速。可用作保护气以延缓氧化、锈蚀速度的是
A．H2O B．O2 C．N2 D．CO2
5．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%。下列做法不能有效防止钢铁生锈的是
A．表面刷漆 B．清洗锈迹 C．制成不锈钢 D．镀耐腐蚀的铬
6．金属材料在人类活动中有着广泛的应用。下列有关说法正确的是
A．人们使用的金属材料全部是纯金属 B．切完菜后将菜刀及时清洗干净并擦干
C．所有的金属都能与氧气反应 D．金属锈蚀后没有回收价值
7．青藏高原有丰富的金属矿产资源。下列有关金属资源的利用和保护不正确的是
A．将铁制品放在潮湿的空气里
B．在钢铁表面涂油、刷漆都能防止生锈
C．废旧金属回收利用可以节约金属资源
D．有计划、合理地开采矿物是保护金属资源的有效途径
8．下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是
A．经常用食盐水清洗铁制品 B．保持铁制品表面清洁干燥
C．在铁制品表面涂油漆 D．在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属
综合应用
9．如图是探究铁钉锈蚀条件的实验，一段时间后观察现象。下列说法正确的是
A．对比①中甲、乙、丙三处，甲处锈蚀最明显
B．对比②③说明铁锈蚀需要水和空气
C．③中氯化钙的作用是吸收空气中的氧气和水蒸气
D．④比①锈蚀严重，说明食盐水能加快铁钉的锈蚀
10．某同学为了探究生锈的条件，做了以下实验，一周后观察。下列说法错误的是
A．①中甲、乙、丙三处中生锈的只有乙处
B．②中植物油的作用是隔绝空气
C．③中氯化钙的作用是作干燥剂
D．对比①②③实验可充分得出铁生锈的条件是与氧气、水同时接触
11．学校某实践小组探究铁钉生锈的条件，通过数字传感器测定不同环境中铁钉生锈情况，以及铁钉生锈时氧气、温度和压强的变化，并得出以下两个图像。下列说法错误的是
A．对比图1的①③和②③可知，铁钉生锈需要水和空气共同作用
B．通过图1的③④⑤可知，环境中有食盐水或酸存在，会减缓铁生锈的速率
C．通过图2可知，铁钉生锈消耗氧气且放热
D．图2的压强变化不明显，可能是铁生锈消耗氧气和温度升高同时作用的结果
12．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d g/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）写出除铁锈的化学方程式 。
实验二：定量探究铁锈蚀的因素
小组设计了图2装置，检查气密性，将5 g铁粉和2 g碳粉加入三颈烧瓶，t1时刻加入2 mL饱和NaCl溶液后，再将一支装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。
（4）据图3，t2时刻后反应并未停止温度却开始降低，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m g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。
（5）该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是 。
【反思与评价】
（6）与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是 。
拓展培优
13．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。
【设计与实验】
实验一：定性探究影响铁锈蚀的因素
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 。
实验二：定量探究影响铁锈蚀的因素
小组设计了图2装置，检查气密性，将5g铁粉和2g炭粉加入三颈烧瓶，t1时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一支装有5mL 稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。
（4）据图3，说明铁生锈 。 (填“吸热”或“放热”)
（5）据图4，对比AB段和BC段说明 ，用化学反应方程式表示t3时刻压强突然变大的原因是 。
【反思与评价】
（6）与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是 。
14．广东属于沿海省份，某化学学习小组对海边铁生锈的现象进行了如下探究。
任务一 海边铁制渔船上的锈迹比江边铁制渔船的多，为了研究海水是否会加快铁的生锈，设计以下数字化实验：
实验 实验用品
实验1 长5cm、直径1mm的铁丝，15mL蒸馏水
实验2 长5cm、直径1mm的铁丝，15mL海水
（1）根据图1，说明铁生锈会 (选填“吸收”或“放出”)热量。
（2）根据以上两个图像，可以得出结论： 。
任务二 很多跨海大桥的钢铁表面可以通过涂铝层防止铁被腐蚀，为了探究大桥利用铝保护钢铁的原因，提出猜想：铝的金属活动性比铁强，先被海水腐蚀。设计如图所示对比实验。
（3）若左侧烧杯内铁片出现锈迹，右侧烧杯内观察到 ，则说明猜想正确。
（4）你认为选择铝保护钢铁的可能原因还有 。
任务三 铁制品放在水中，表面用油液封，可以延缓铁生锈。为探究这一情况，设计如下实验：将蒸馏水煮沸后迅速冷却至室温(12℃)，取等体积水样于2个烧杯中，其中一个烧杯加5L花生油进行“油封”，用溶解氧传感器测定两个水样中溶解氧含量。
溶解氧含量/(mg L-1 时间/h 0 2 6 12 24 36 48
实验 ①未油封 2.42 4.75 6.44 8.45 10.10 10.43 10.51
②油封 2.43 3.02 4.28 4.81 6.47 7.20 7.98
已知：12℃时，未煮沸的蒸馏水中溶解氧含量为10.68mg L-1。
（5）由实验得出的下列结论正确的是______(填字母)。
A．“油封”的方式能完全隔绝氧气在水中的溶解
B．通过加热煮沸并冷却，可以明显降低水中含氧量
C．“油封”和“未油封”水样中的溶解氧含量均随时间的增加而呈增大趋势
（6）实验中，放置两周后铁丝依然出现锈蚀的原因是 。
【反思与评价】
（7）生活中常用在金属表面涂油的方式“防生锈”，其主要原因是 。
15．铁的锈蚀虽然对社会生产造成较大损害，但其也有有利的一面，如暖宝宝就是利用了铁粉生锈放出热量的原理制成的。某小组同学设计实验探究铁生锈的条件及影响生锈速率的因素。
探究1：铁生锈的条件
【进行实验】某同学设计了如图所示的实验装置，实验中观察到只有湿的铁丝团表面有明显锈迹，浸没在刚冷却的开水中的铁丝团以及干的铁丝团表面均无锈迹。
【实验结论】
（1）铁生锈实际上是铁与空气中的 发生反应的结果。
探究2：暖宝宝中的哪种物质加快了铁的锈蚀速率？
【查阅资料】暖宝宝的发热材料主要有铁粉、活性炭、食盐、水等。
【猜想与假设】
猜想1：活性炭能加快铁粉生锈的速率
猜想2：食盐能加快铁粉生锈的速率
【实验设计】某同学设计实验验证猜想：将2g铁粉、5g水与不同量活性炭、食盐均匀混合后，测量并记录实验中在10分钟内温度的上升情况：
实验 活性炭/g 食盐/g 温度上升值/℃
1 0 0 0.1
2 0.2 0 22.0
3 x 0.1 3.1
【分析与结论】
（2）实验1的作用是 。
（3）分析实验数据，可以判断出猜想1 (选填“成立”或“不成立”)；也可利用上述实验1、3验证猜想2，则实验3中x的数值为 。
【拓展延伸】
（4）小组同学根据暖宝宝中同时含有活性炭与食盐这两种物质，猜测“活性炭与食盐同时存在会大幅度加快铁生锈的速率”，于是将2g铁粉、5g水与0.2g活性炭、0.1g食盐均匀混合后，测量并记录实验中在10分钟内温度的上升情况，发现 ，证明猜测正确。
【反思与评价】
（5）下列说法正确的是______。
A．暖宝宝在使用前要密封保存
B．暖宝宝使用后剩余物可以回收利用
C．利用铁生锈的原理，铁粉还可用于食品保鲜
答案和解析
教学目标 1.以铁生锈为例，探究金属锈蚀的条件，了解防止金属锈蚀的常用方法。2.认识金属矿物是宝贵的自然资源，形成保护和节约资源的可持续发展意识；了解废旧金属对环境的影响及金属回收再利用的价值。
重点和难点 重点：金属的腐蚀与防护。难点：探究金属锈蚀的条件。
◆知识点一 金属资源保护
1.金属的腐蚀与防护
（1）铁钉生锈条件的探究
目的 设计对比实验，得出铁钉生锈的条件
实验图示
一周后的实验现象 铁钉表面生成了一层红棕色的物质，在水面与空气交界处的铁钉部分，生成的红棕色物质最多 铁钉表面没有明显变化 铁钉仍光亮如初
实验分析 铁钉同时与水、氧气接触，易生锈 铁钉只与水接触而不与氧气接触，不易生锈 铁钉只与干燥的空气接触而不与水接触，不易生锈
实验结论 铁钉生锈需要铁与空气中的水蒸气、氧气同时接触，发生化学反应
①酸和氯化钠等可以加快铁制品的锈蚀。
（2）铁制品的锈蚀
铁钉生锈的过程，实际上是铁与空气中的氧气和水蒸气等发生化学反应的过程。生成的铁锈(主要成分是Fe2O3·xH2O)很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。
①铝的氧化物致密，能防止里层的铝与氧气继续接触；而铁的氧化物很疏松，不能阻碍里层的铁与氧气继续接触，因此铝制品比铁制品耐腐蚀。②铁的纯度，环境的温度、湿度、酸碱性等影响铁锈蚀的速率。如与沙漠地区相比，海边的铁制品生锈更快。③铜生锈的条件：铜与空气(或氧气)、水和二氧化碳同时接触，铜锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿。
（3）防止铁制品的锈蚀
原理 破坏铁制品锈蚀的条件，使铁制品隔绝空气或水
方法
2.保护金属资源
即学即练
1.下列相关“铁制品锈蚀的条件”的探究实验的说法中，错误的是
A．试管中的蒸馏水可以用自来水代替
B．实验前要用砂纸将铁钉打磨干净
C．此实验中使用氯化钙的作用是吸收水蒸气
D．图中左侧的铁钉生锈
【答案】A
【解析】A、铁制品锈蚀的条件是铁与氧气、水同时接触。自来水中含有多种杂质，可能会对铁的锈蚀产生干扰，而蒸馏水几乎不含杂质，能更准确地探究水对铁锈蚀的影响。所以试管中的蒸馏水不可以用自来水代替，该选项错误。
B、实验前用砂纸将铁钉打磨干净，是为了除去铁钉表面的铁锈等杂质，使铁钉能与水、氧气充分接触，保证实验的准确性，该选项正确。
C、氯化钙具有吸水性，在实验中使用氯化钙的作用是吸收水蒸气，创造干燥的环境，用于探究没有水时铁是否生锈，该选项正确。
D、图中左侧试管里的铁钉与氧气、水同时接触，满足铁生锈的条件，所以铁钉会生锈，该选项正确。
故选A。
2．化学与生活、科技、环境等方面紧密相连，在诸多领域都有着不可或缺的作用，请回答下列问题：
（1）铝土矿主要成分的化学式为 。
（2）厨房中的炊具是不锈钢制成的，不锈钢属于 材料。
（3）自行车链条防锈的方法是 。
（4）铁锈主要成分的化学式为 。
（5）我国化学家徐光宪在稀土分离技术上作出了杰出贡献，稀土金属不可再生，需大力保护。下列有关保护金属资源的做法正确的有______（填选项）。
A．寻找金属的代用品 B．过度开采金属矿物 C．回收利用废旧金属
【答案】（1）Al2O3
（2）金属
（3）涂油
（4）Fe2O3 xH2O/Fe2O3
（5）AC
【解析】（1）铝土矿的主要成分是氧化铝，化学式为 Al2O3，故填写：Al2O3。
（2）不锈钢是铁的合金，合金属于金属材料，所以不锈钢属于金属材料，故填写：金属。
（3）自行车链条常采用涂油的方法防锈，涂油可以隔绝氧气和水，防止链条生锈，故填写：涂油。
（4）铁锈的主要成分是氧化铁，其化学式为Fe2O3（或Fe2O3 xH2O，表示含结晶水的铁锈），故填写：Fe2O3 xH2O或Fe2O3。
（5）A.寻找金属的代用品，可减少对金属资源的依赖，有利于保护金属资源，做法正确，故符合题意；
B.过度开采金属矿物会造成金属资源的浪费，不利于保护金属资源，做法错误，故不符合题意；
C.回收利用废旧金属，能使金属资源得到重复利用，有利于保护金属资源，做法正确，故符合题意，故填写：AC。
一、探究铁钉生锈的条件
实验步骤 ①在A试管内加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，使铁钉部分浸没在水中;②在B试管内加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，使铁钉完全浸没在水中，然后在水面上覆盖一层植物油;③在C试管内放棉花和干燥剂，塞紧橡胶塞。将3支试管放置一周左右，观察铁钉生锈情况
实验现象 （1）一周后, A试管内铁钉生锈, 且乙（填甲、乙或丙）处锈蚀严重; B、C试管内铁钉都没有生锈（2）对比试管A、B中的现象，说明铁生锈需要与氧气接触；对比试管A、C(填字母)中的现象，说明铁生锈需要与水接触。
实验结论 （3）铁生锈的条件是铁与水、氧气（或空气）同时接触
实验反思 （4）实验开始前，需用砂纸打磨铁钉，目的是除去铁钉表面的氧化物和污物。（5）实验前需要将蒸馏水煮沸后迅速冷却，煮沸的目的是除去溶解在水中的氧气,迅速冷却的目的是防止空气中的氧气再次溶解到水中。（6）试管B中植物油的作用是隔绝空气（或氧气）;试管C中干燥剂的作用是吸收空气中的水蒸气。
实验意外现象分析 （7）一段时间后，某同学发现图1中试管C中的铁钉也出现了少量锈迹，可能的原因是试管C中的干燥剂不足。
创新装置 （8）在图2所示实验中，观察到Y形管左边的铁片无明显变化，右边铁片生锈，说明铁生锈需要与水接触。
趣味实验 （9）某同学用如图3所示装置进行铁钉生锈条件的探究。两个透明塑料瓶中均装满二氧化碳的水溶液，并将其放在阳光下照射。一段时间后可观察到甲(填“甲”或“乙”)中铁钉生锈，该实验证明铁钉生锈与氧气有关。
实践应用
1．在科学探究中，如果问题涉及多个因素(变量)，可以只研究因变量与一个自变量的关系，控制其他量不变。运用控制变量的方法，可将多变量问题变成多个单变量问题分别研究，最后再综合解决。
六十九中学化学兴趣小组的同学们利用控制变量的方法来探究铁生锈条件。邀请你共同参与完成他们的探究活动。
【明确目的】探究铁生锈的条件
【寻找变量】
（1）铁锈的主要成分为Fe2O3，xH2O3，依据 ，可推测出铁需要与空气中的氧气和水蒸气接触才能生锈，确定变量为 。
【设计实验】同学们设计如图1所示的实验
【证据推理】
（2）对比甲、乙试管中的现象，说明铁钉生锈需要与氧气接触，对比 试管中现象，说明铁钉生锈需要与水接触。通过分析同学们得出铁生锈的条件。
【学科融合】
（3）小玖同学用如图2所示装置进行铁锈蚀条件的探究。两个透明塑料瓶中均装满CO2的水溶液，并将其放在阳光下照射。一段时间后可观察到 (填“甲”或“乙”)中铁钉出现锈蚀。
【方法迁移】
（4）同学们看到教材中三星堆出土的青铜大面具，已经生锈，查阅资料得知铜锈的主要成分碱式碳酸铜(Cu2(OH)2CO3)。可推测出铜锈蚀除有水和氧气外，还必须有 参与，在图3所示的几组实验中，观察到甲试管中铜表面有绿色物质生成，其他三组均无明显现象。作为对照实验的是 组实验(填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”)，其它实验分别与对照实验对比，才能得出铜生锈的条件。
【实际应用】
（5）废旧金属的回收利用，不仅可以减少资源浪费，还能降低环境污染。现取一定量已经锈蚀的铁钉(假设只含铁和氧化铁)，经测定其中氧元素的含量为24%，则已经锈蚀的铁与未锈蚀的铁的质量比为 。
【答案】（1）质量守恒定律或元素种类在化学变化前后不变 氧气和水(或水蒸气)
（2）甲、丙
（3）甲
（4）二氧化碳/CO2 甲
（5）14：5
【解析】（1） 根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，铁锈中含有的氢元素和氧元素，空气中只有水蒸气含有氢元素，氧气和水蒸气都含有氧元素，所以可推测铁生锈的条件。要探究铁生锈与氧气和水蒸气的关系，所以确定变量为氧气和水蒸气。
（2）在该实验中，甲试管中铁钉既与氧气接触又与水接触，丙试管中铁钉只与氧气接触（干燥剂吸收了水蒸气）。对比甲、丙试管中的现象，甲中铁钉生锈，丙中铁钉不生锈，说明铁钉生锈需要与水接触。
（3）金鱼藻在阳光下可以进行光合作用产生氧气，甲瓶中有金鱼藻产生氧气，同时铁钉与CO2的水溶液接触，满足铁生锈与氧气和水同时接触的条件；而乙瓶中没有额外的氧气来源，铁钉不能满足生锈条件。
（4）根据碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3的化学式，其中含有碳元素，而铜生锈的已知条件中有水H2O和氧气O2，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，所以可推测出铜锈蚀除有水和氧气外，还必须有二氧化碳CO2参与。在探究铜生锈条件的实验中，甲试管中铜与水、氧气、二氧化碳同时接触，观察到甲试管中铜表面有绿色物质生成，其他三组均无明显现象。要探究铜生锈的条件，需要以甲为对照实验，将乙（只与水和二氧化碳接触）、丙（只与氧气和二氧化碳接触）、丁（只与水和氧气接触）分别与甲对比，才能得出铜生锈的条件。所以作为对照实验的是甲组实验。
（5）在氧化铁（Fe2O3）中，氧元素的质量分数为，已知铁钉中氧元素的含量为24%，设铁钉的总质量为m，则氧化铁的质量为24%m÷30%=0.8m。在氧化铁（Fe2O3）中，铁元素的质量为0.8m-24%m=0.8m-0.24m=0.56m，这部分铁是已锈蚀的铁。未锈蚀的铁的质量为m-0.8m=0.2m，则已经锈蚀的铁与未锈蚀的铁的质量比为0.56m：0.2m=14：5。
考点一 探究铁钉生锈的条件
【例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
【解析】（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1-1】某实验小组为探究铁生锈的条件，设计了如下实验。以下分析正确的是
A．一周后观察到的现象是b中铁钉生锈 B．b试管中放CaCl2的目的是干燥空气
C．一周后玻璃管中的现象是红墨水液面左低右高 D．该实验可以得到铁生锈需要水和氧气的结论
【答案】B
【解析】A、b中铁钉只与空气接触，不生锈，a中铁钉与空气和水接触，会生锈，不符合题意；
B、b试管中放氯化钙的目的是吸收水分，干燥空气，符合题意；
C、b中铁钉只与空气接触，不生锈，a中铁钉与空气和水接触，会生锈，铁钉生锈消耗氧气，会导致装置内气体减少，压强减小，故一周后玻璃管中的现象是红墨水液面左高右低，不符合题意；
D、该实验中，b中铁钉只与空气接触，不生锈，a中铁钉与空气和水接触，生锈，说明铁生锈需要与水接触，不符合题意。
故选B。
【变式1-2】124中学学习小组同学探究铁钉锈蚀的条件时做了如图所示的实验。
（1）一段时间后，实验①中铁钉锈蚀最严重的部位是 （填“a”“b”或“c”）。
（2）通过①②试管比较能证明铁钉锈蚀与 有关。
（3）实验得出生活中的铁制品生锈实际上是与 。
（4）实验乙取生锈后的铁钉10 g（含有杂质、Fe2O3、铁。杂质不与酸反应，也不溶于水，Fe2O3与硫酸反应的方程式Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O），加入100g稀硫酸中充分反应后得到固液混合物109.8 g，过滤，称量滤液质量为109 g。
①写出铁与硫酸反应的化学方程式 。
②求产生氢气的质量 。
③求反应Fe2O3的质量 g。
【答案】（1）b
（2）水
（3）空气中的氧气、水发生化学反应
（4） 0.2g 3.6
【解析】（1）铁钉锈蚀是铁与氧气、水共同作用的结果。实验①中，b部位同时与氧气和水充分接触，因此锈蚀最严重，答案为b。
（2）实验①中有水和氧气，实验②中只有氧气（无水）。通过对比，能证明铁钉锈蚀与水有关。
（3）生活中的铁制品生锈实际上是铁与氧气、水共同作用的结果。
（4）①铁与硫酸反应生成氢气和硫酸亚铁，化学方程式：。
②根据质量守恒定律，反应前后总质量差即为氢气质量。
反应前总质量：10g+100g=110g，反应后固液混合物质量为109.8g，因此氢气质量为110g-109.8g=0.2g。
③设与硫酸反应的铁的质量为x，根据化学方程式
，，。
滤液质量为109g，说明反应后溶液质量增加了109g-100g=9g。
实际溶液质量增加9g，其中铁与硫酸反应使溶液质量增加5.6g-0.2g=5.4g，因此Fe2O3反应使溶液质量增加9g-5.4g=3.6g。
根据，溶液质量增加量为反应氧化铁的质量即3.6g。
【变式1-3】化学兴趣小组欲探究影响铁生锈的因素，利用传感器监测过程中氧气浓度的变化来判断铁生锈的情况。实验记录如下：
序号 其他试剂 初始时氧气浓度/% 200s时氧气浓度/%
水/滴 食盐质量/g 5%的稀醋酸/滴
① 0 0 0 20.8 20.8
② 10 0 0 20.8 15.2
③ 10 0 5 20.8 12.7
④ 10 1.0 0 20.8 8.0
（1）能得到“食盐能加快铁生锈”的结论，依据的实验是 (填序号)。
（2）设计实验②③的目的是 。
（3）“暖宝宝”中发热剂的主要成分有铁粉、氯化钠、活性炭和水，其发热原理是铁生锈时会放出热量。
①用稀硫酸检验发热剂是否有效时，观察到有气泡冒出，说明 (填“仍有效”或“已失效”)，理由是 (用化学方程式表示)。
②利用温度传感器测得两种不同“暖宝宝”使用时温度变化的曲线如下图所示。与市售“暖宝宝”相比，自制“暖宝宝”的不足之处是 (任写一点即可)。
【答案】（1）②④
（2）探究稀醋酸对铁生锈速率的影响
（3）仍有效 自制“暖宝宝”放出热量大，温度高，容易造成烫伤(或自制“暖宝宝”持续放热时间短等，合理即可)
【解析】（1）实验②和④中，除了食盐质量不同（④中加入1.0g食盐，②中未加食盐），其他条件相同，而200s时④中氧气浓度比②中更低，说明食盐能加快铁生锈，所以能得到 “食盐能加快铁生锈” 结论依据的实验是②④。
（2）实验②和③中，水的滴数相同，都未加食盐，区别在于③中加入5滴5%的稀醋酸，②中未加稀醋酸，且200s时氧气浓度不同，所以设计实验②③的目的是探究稀醋酸对铁生锈速率的影响。
（3）①用稀硫酸检验发热剂，有气泡冒出，说明发热剂中还有铁粉，因为铁能与稀硫酸反应生成氢气，所以发热剂仍有效；
铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，化学方程式为。
②由温度变化曲线可知，与市售 “暖宝宝” 相比，自制“暖宝宝”放出热量大，温度高，容易造成烫伤，且持续放热时间短。
考点二 铁制品的锈蚀和防锈
【例2】某同学绘制了含铁元素的部分物质转化关系图。下列相应的叙述正确的是
A．反应①可以通过铁与空气中的氧气反应来实现，其原理为
B．反应②的原理可以用表示，它属于置换反应
C．反应③的条件是铁在潮湿的空气中，海水中会加快铁的锈蚀，此过程会放出热量
D．反应④可以通过铁与稀硫酸或硫酸盐反应来实现，铁在这类反应中会生成铁离子
【答案】C
【解析】A、铁丝在氧气中能剧烈燃烧生成四氧化三铁（方程式书写错误），在空气中不能燃烧，故说法错误；
B、置换反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，转化②可通过Fe3O4与CO发生反应，是两种化合物的反应，故反应不属于置换反应，故说法错误；
C、铁制品锈蚀是铁在潮湿空气中缓慢氧化的过程，海水中含有盐类，可以加快铁的锈蚀，此过程会放出热量，故说法正确；
D、铁与稀硫酸或硫酸盐反应生成亚铁盐，铁在这类反应中会生成亚铁离子，故说法错误。
故选C。
【变式2-1】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
【解析】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2-2】下列金属中表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气继续氧化的是
A．Cu B．Mg C．Fe D．Al
【答案】D
【解析】A、铜在空气中氧化形成铜绿（主要成分为碱式碳酸铜），该氧化层疏松、易剥落，无法阻止氧气和水分进入，因此内层铜会继续氧化。故 A 错误。
B、镁在空气中氧化形成氧化镁（MgO），但该氧化层较薄且不稳定，容易破裂或剥落，无法有效保护内层。故 B 错误。
C、铁在空气中氧化形成铁锈（主要成分为氧化铁），铁锈疏松、多孔，会吸收水分并剥落，暴露新的铁表面，导致氧化持续进行。故 C 错误。
D、铝在空气中氧化形成氧化铝，该氧化层致密、坚硬且与铝基体紧密结合，能有效隔绝空气和水分，防止内层铝进一步氧化。故 D 正确。
故选D。
【变式2-3】在人类社会的发展进程中，金属起着重要的作用，结合所学知识回答下列问题。
（1）铜能形成多种合金，其中黄铜的硬度 (填“大于”或“小于”)纯铜的硬度。
（2）不能用铁质容器盛放硫酸铜溶液，原因是： (用化学方程式表示)。
（3）铁制品是生活中广泛应用的金属材料之一，每年有大量的钢铁制品因腐蚀而报废。钢铁生锈是因为与空气中的 同时接触。请你提出一条防止铁制品生锈的建议： 。
【答案】（1）大于
（2）
（3）氧气（O2）和水（H2O） 保持铁制品表面干燥（或涂油漆、镀保护层等）
【解析】（1）合金的硬度通常比其成分金属大。黄铜是铜与锌的合金，故黄铜硬度大于纯铜。
（2）铁的金属活动性比铜强，铁会置换硫酸铜中的铜。反应中，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜， 化学反应方程式为。
（3）铁生锈是铁与空气中的氧气（O2）、水（H2O）共同作用发生的缓慢氧化反应，防止生锈需隔绝氧气或水，如保持铁制品表面干燥可避免接触水，涂油漆可隔绝氧气和水。
考点三 金属资源的保护
【例3】下列有关金属资源的利用和保护的说法不正确的是
A．徐光宪院士和他的团队研发了稀土分离技术，稀土元素是储量较少的一类金属元素的统称
B．金属矿物的储量有限，可以再生
C．大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在，我国矿物储量也很丰富
D．从废旧锂离子电池中回收锂、钴、镍等，对保护环境和实现金属资源循环利用有重要意义
【答案】B
【解析】A、稀土元素是17种金属元素的统称，在地壳中储量较少且分布不均。徐光宪院士是中国著名化学家，他开发的稀土分离技术是真实历史事件，该选项说法正确。
B、金属矿物（如铁矿石、铜矿石）是有限的自然资源，形成需要数百万年，属于不可再生资源，选项中说“可以再生”是错误的。
C、大多数金属（如铁、铝、铜）在自然界中以化合物形式存在，即金属矿物（如赤铁矿、铝土矿）。中国是矿产资源大国，多种矿物（如稀土、钨）储量丰富，该选项说法正确。
D、回收废旧电池中的金属可减少环境污染（如重金属污染），并减少对新矿的开采，实现资源循环利用，该选项说法正确。
故选：B。
【变式3-1】下列关于资源、能源的叙述错误的是
A．稀土是储量较少的一类金属矿物的统称，对人类来说没有什么用途
B．废旧金属的回收利用，可节约金属资源，减少对环境的污染
C．目前已经广泛用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车零部件等
D．从汽车用过的铅酸蓄电池中回收铅
【答案】A
【解析】A、稀土是储量较少的一类金属矿物的统称，在新能源、新材料、航空航天、电子信息等领域应用广泛，该叙述错误。
B、废旧金属回收利用，既能节约金属资源，又能减少对环境的污染，该叙述正确。
C、为了保护金属资源，目前已经广泛用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车零部件等，该叙述正确。
D、从汽车用过的铅酸蓄电池中回收铅，有利于资源的再利用，该叙述正确。
故选A。
【变式3-2】“金属保护一小步，资源节约一大步”，下列关于金属及金属材料防护的说法正确的是
A．为了增加经济效益，应加大力度开采金属矿物资源
B．纯金属的抗腐蚀性比合金更好
C．生铁和钢都属于铁合金
D．废弃金属直接丢弃，无需回收利用
【答案】C
【解析】A、加大开采金属矿物会加速资源枯竭，应合理开采、注重保护，A 错误；
B、一般合金抗腐蚀性比纯金属好（如不锈钢比纯铁抗腐蚀），B 错误；
C、生铁和钢都是铁与碳等元素形成的合金，C 正确；
D、废弃金属回收利用可节约资源、减少污染，应回收，D 错误。
故选C。
【变式3-3】根据要求回答下列问题。
（1）以下是有关保护金属资源的一些具体做法：
a．将铁制成不锈钢
b．使用氮化硅陶瓷齿轮
c．回收铝制饮料罐
d．回收废旧电池
e．给自行车的支架喷漆
f．仪器使用硬塑铸件
请你从保护金属资源的有效途径的角度，从上述做法中选出两种：
你选择标准是① ，包括事例有② (填字母)。
（2）下列四个不同实验，请从基本反应类型及反应的内在变化的角度，找出具有两个相同特点的反应，组成一组，它们是① (填字母)，理由是② 。
A．铝与硫酸铜溶液的反应 B．汞与氧气的反应
C．氧化钙与水的反应 D．木炭粉与氧化铜的反应
【答案】（1）防止金属腐蚀/回收利用废旧金属 ae/cd（需与上一空对应）
（2）AD 均为置换反应且有元素化合价的升降
【解析】（1）将铁制成不锈钢（a）、给自行车的支架喷漆（e），都是通过一定的方式防止金属腐蚀，属于保护金属资源的有效途径；
回收铝制饮料罐（c）、回收废旧电池（d），都是通过回收废旧金属，进行重复利用，从而减少金属资源消耗，属于保护金属资源的有效途径。
（2）A、铝与硫酸铜的反应，即，由一种单质与一种化合物生成一种新的单质与一种新的化合物，属于置换反应，Al由0价变为+3价，Cu由+2价变为0价，有化合价的升降；
B、汞与氧气的反应，即，由两种物质生成一种物质，属于化合反应，Hg由0价变为+2价，O由0价变为-2价，有化合价的升降；
C、氧化钙与水的反应，即，由两种物质生成一种物质，属于化合反应，各元素化合价不变；
D、木炭与氧化铜的反应，即，一种单质与一种化合物生成一种新的单质与一种新的化合物，属于置换反应，C由0价变为+4价，Cu由+2价变为0价，有化合价的升降。
综上，AD组成一组，理由是：均为置换反应且有元素化合价的升降。
基础达标
1．下列金属制品与其防锈的方法不合理的一组是
A．机器上齿轮——表面涂油
B．汽车车身——表面镀上一层其它金属
C．铁盆——表面覆盖搪瓷
D．不锈钢医疗器械——改变金属的组成和结构
【答案】B
【解析】A、机器上齿轮表面涂油防锈且同时起润滑作用，故选项方法正确；
B、汽车车身防锈的方法是表面喷漆，防锈且美观，故选项方法错误；
C、铁盆表面覆盖搪瓷，不仅可以防锈且耐用，故选项方法正确；
D、不锈钢医疗器械等常见铁制品改变金属的组成和结构，防锈且坚硬，故选项方法正确。
故选：B。
2．根据铁锈蚀的条件判断，下列情况中，铁钉最容易生锈的是
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】铁生锈的条件是铁与水和氧气同时接触，氯化钠可以加速铁的锈蚀。
A、该实验中有铁、有水、有氯化钠、有氧气，铁生锈且氯化钠能加速锈蚀速率；
B、该实验中有铁、有氧气、无水，铁不易生锈；
C、该实验中有铁、有水、无氧气，铁不易生锈；
D、该实验中有铁、有水、有氧气，铁生锈；
则铁钉最容易生锈的是A，故选：A。
3．下列做法中，不利于保护金属资源的是
A．回收易拉罐
B．过度开采金属矿物
C．防止金属的腐蚀
D．寻找金属代用品
【答案】B
【解析】A、回收易拉罐，经过处理后再利用可以节约金属资源，不符合题意；
B、过度开采金属矿物，不利于金属资源的保护，符合题意；
C、防止金属的腐蚀，减少金属的损耗，可以节约金属资源，不符合题意；
D、寻找金属代用品，可以节约金属资源，不符合题意；
答案为：B。
4．文物出土后，暴露在空气中，其被氧化、锈蚀等过程会加速。可用作保护气以延缓氧化、锈蚀速度的是
A．H2O B．O2 C．N2 D．CO2
【答案】C
【解析】铁生锈的条件是与氧气和水同时接触；铜生锈的条件是与氧气、水和二氧化碳同时接触；氮气化学性质稳定，可作保护气，该气体的化学式为N2。
故选C。
5．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%。下列做法不能有效防止钢铁生锈的是
A．表面刷漆 B．清洗锈迹 C．制成不锈钢 D．镀耐腐蚀的铬
【答案】B
【解析】A、在钢铁表面刷一层油漆，可以隔绝空气和水防锈，从而防止钢铁生锈，故A不符合题意；
B、清洗锈迹不能防止钢铁生锈，故B符合题意；
C、制成不锈钢可以改变铁内部的结构，能防止铁生锈，故C不符合题意；
D、在钢铁表面镀一层耐腐蚀的铬，可以防止生锈，能防止金属被腐蚀，故D不符合题意。
故选B。
6．金属材料在人类活动中有着广泛的应用。下列有关说法正确的是
A．人们使用的金属材料全部是纯金属 B．切完菜后将菜刀及时清洗干净并擦干
C．所有的金属都能与氧气反应 D．金属锈蚀后没有回收价值
【答案】B
【解析】A、金属材料包括合金和纯金属，因此人们使用的金属材料并不全部是纯金属，说法错误，不符合题意；
B、铁生锈是铁与空气中的氧气和水共同作用的结果，因此切完菜后将菜刀及时清洗干净并擦干，可以防止生锈，说法正确，符合题意；
C、并不是所有的金属都能与氧气反应，如铁、铜等在常温下几乎不与氧气反应，金在高温下也不与氧气反应，说法错误，不符合题意；
D、金属锈蚀后有回收价值，说法错误，不符合题意。
故选：B。
7．青藏高原有丰富的金属矿产资源。下列有关金属资源的利用和保护不正确的是
A．将铁制品放在潮湿的空气里
B．在钢铁表面涂油、刷漆都能防止生锈
C．废旧金属回收利用可以节约金属资源
D．有计划、合理地开采矿物是保护金属资源的有效途径
【答案】A
【解析】A、铁在潮湿的环境中容易生锈，不利于金属资源的利用和保护，故A符合题意；
B、在钢铁表面涂油、刷漆都能防止生锈，有利于金属资源的利用和保护，故B不符合题意；
C、废旧金属回收利用可以节约金属资源，有利于金属资源的利用和保护，故C不符合题意；
D、有计划、合理地开采矿物是保护金属资源的有效途径，有利于金属资源的利用和保护，故D不符合题意。
故选A。
8．下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是
A．经常用食盐水清洗铁制品 B．保持铁制品表面清洁干燥
C．在铁制品表面涂油漆 D．在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属
【答案】A
【解析】铁生锈实际上是铁与空气中的氧气和水共同作用的结果，因此减缓或防止钢铁锈蚀的原理是避免铁制品同时与水和空气接触；
A、经常用食盐水清洗铁制品，盐水会加快铁锈蚀的速率，不能减缓或防止钢铁锈蚀，符合题意；
B、保持铁制品表面清洁干燥，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意；
C、在铁制品表面涂油漆，能隔绝氧气和水，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意；
D、在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属，能隔绝氧气和水，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意。
故选：A。
综合应用
9．如图是探究铁钉锈蚀条件的实验，一段时间后观察现象。下列说法正确的是
A．对比①中甲、乙、丙三处，甲处锈蚀最明显
B．对比②③说明铁锈蚀需要水和空气
C．③中氯化钙的作用是吸收空气中的氧气和水蒸气
D．④比①锈蚀严重，说明食盐水能加快铁钉的锈蚀
【答案】D
【解析】A、铁与氧气、水共存时最易生锈，所以①中甲、乙、丙三处比较，生锈最明显的地方是乙，乙处铁与水和氧气接触最充分，错误；
B、②铁只与水接触，不生锈，③铁只与氧气接触，不生锈，则对比②③，不能说明铁生锈需要水和空气，错误；
C、③中氯化钙的作用是作干燥剂，只能吸收水蒸气， 不能吸收氧气，错误；
D、④比①锈蚀严重，说明在其他条件相同时，食盐溶液能加快铁钉的锈蚀，正确。
故选D。
10．某同学为了探究生锈的条件，做了以下实验，一周后观察。下列说法错误的是
A．①中甲、乙、丙三处中生锈的只有乙处
B．②中植物油的作用是隔绝空气
C．③中氯化钙的作用是作干燥剂
D．对比①②③实验可充分得出铁生锈的条件是与氧气、水同时接触
【答案】A
【解析】A、铁和氧气、水同时接触时会生锈，则①中三处均会生锈，但乙处生锈更严重，说法错误；
B、②中植物油的作用是隔绝空气，使铁钉只和水接触，说法正确；
C、③中氯化钙的作用是作干燥剂，使铁钉只和氧气接触，说法正确；
D、①中铁和水、氧气共同接触，铁会生锈，②③铁均不生锈，对比①②③实验可充分得出铁生锈的条件是与氧气、水同时接触，说法正确；
故选：A。
11．学校某实践小组探究铁钉生锈的条件，通过数字传感器测定不同环境中铁钉生锈情况，以及铁钉生锈时氧气、温度和压强的变化，并得出以下两个图像。下列说法错误的是
A．对比图1的①③和②③可知，铁钉生锈需要水和空气共同作用
B．通过图1的③④⑤可知，环境中有食盐水或酸存在，会减缓铁生锈的速率
C．通过图2可知，铁钉生锈消耗氧气且放热
D．图2的压强变化不明显，可能是铁生锈消耗氧气和温度升高同时作用的结果
【答案】B
【解析】A、对比图1的①③和②③可知，，铁钉只与干燥的空气或只与水接触，氧气含量几乎不变，而铁钉与空气和水同时接触，氧气含量减少，则说明铁钉生锈需要水和空气共同作用，故A说法正确；
B、通过图1的③④⑤可知，环境中有食盐水或酸存在，氧气含量减少的较多，说明环境中有食盐水或酸存在，会加快铁生锈的速率，故B说法错误；
C、通过图2可知，随着反应的进行，氧气浓度减小，温度升高，则说明铁钉生锈消耗氧气且放热，故C说法正确；
D、铁生锈消耗氧气，气体减少，压强减小，铁生锈放热，温度升高，压强增大，图2的压强变化不明显，可能是铁生锈消耗氧气和温度升高同时作用的结果，故D说法正确；
故选：B。
12．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d g/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）写出除铁锈的化学方程式 。
实验二：定量探究铁锈蚀的因素
小组设计了图2装置，检查气密性，将5 g铁粉和2 g碳粉加入三颈烧瓶，t1时刻加入2 mL饱和NaCl溶液后，再将一支装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。
（4）据图3，t2时刻后反应并未停止温度却开始降低，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m g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。
（5）该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是 。
【反思与评价】
（6）与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是 。
【答案】（1）氧气和水蒸气
（2）氯化钠
（3）Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
（4）铁生锈放出的热量小于装置散失的热量
（5）氢气未干燥，含有水蒸气
（6）使用铁粉、加入碳粉和氯化钠，加快了铁锈蚀的速率
【解析】（1）对比A、B、C的实验现象，A中有水和氧气，铁钉生锈；B中只有水、无氧气，铁钉不生锈；C中只有氧气、无水，铁钉不生锈。由此说明，铁锈蚀主要是与空气中的氧气和水蒸气发生化学反应。
（2）对比A、D的实验现象，D中因有氯化钠存在，铁钉锈蚀更严重。这说明铁锈蚀还与氯化钠（盐）有关。
（3）铁锈的主要成分是Fe2O3，可用稀盐酸（或稀硫酸）除铁锈，Fe2O3与稀盐酸反应生成氯化铁和水。化学方程式：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O。
（4）铁生锈是缓慢氧化反应，会放出热量。在t2时刻后，虽然铁锈蚀的反应还在进行，但此时反应放出的热量小于装置向周围环境散失的热量，所以温度开始降低。
（5）实验中是通过测量反应生成氢气的体积来计算铁的质量，进而计算铁锈质量分数。氢气未干燥，含有水蒸气，导致测量的氢气体积偏大，计算出的铁质量偏大，从而使铁锈质量分数偏小。
（6）实验二中加入了碳粉，根据查阅资料可知，一定条件下，碳可加快铁的锈蚀，而且还加入了氯化钠溶液，氯化钠也能加快铁的锈蚀，所以与实验一相比，实验二铁锈蚀明显更快。
拓展培优
13．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。
【设计与实验】
实验一：定性探究影响铁锈蚀的因素
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 。
实验二：定量探究影响铁锈蚀的因素
小组设计了图2装置，检查气密性，将5g铁粉和2g炭粉加入三颈烧瓶，t1时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一支装有5mL 稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。
（4）据图3，说明铁生锈 。 (填“吸热”或“放热”)
（5）据图4，对比AB段和BC段说明 ，用化学反应方程式表示t3时刻压强突然变大的原因是 。
【反思与评价】
（6）与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是 。
【答案】（1）氧气和水蒸气
（2）氯化钠
（3）铁锈疏松多孔，不能阻碍里层的铁继续与氧气和水蒸气反应，会使铁完全锈蚀
（4）放热
（5）NaCl溶液可加快铁锈蚀速率
（6）实验二使用了铁粉和加入碳粉
【解析】（1）A试管中有水，还与氧气接触，铁钉表面有一层铁锈；B试管中有水，不与氧气接触，铁钉表面无明显变化；C 试管中无水，有包有氯化钙的棉花，铁钉表面无明显变化，对比可知，铁锈蚀主要是与空气中的水、氧气发生反应；
（2） D 试管中比A试管多添加了饱和氯化钠溶液，A铁钉表面有一层铁锈，D铁钉表面有较厚铁锈，说明铁锈蚀还与氯化钠有关；
（3）铁锈的主要成分是氧化铁，铁锈蚀后应及时除锈的原因是铁锈疏松多孔，能吸附空气中的氧气和水，会加快铁的锈蚀；
（4）据图 3，温度呈上升趋势，说明铁锈蚀的过程中放热；
（5）据图 4，AB 段只有铁粉与碳粉，BC 段加入了饱和氯化钠溶液，说明NaCl会加快铁的锈蚀；t3 时刻后压强突然变大的原因是铁锈蚀消耗氧气，三颈烧瓶内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，铁与盐酸反应生成氢气和氯化亚铁，化学方程式为；
（6）铁粉比铁钉表面积大，反应速率快，且实验二还加入了碳粉，故与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是使用了铁粉和加入碳粉。
14．广东属于沿海省份，某化学学习小组对海边铁生锈的现象进行了如下探究。
任务一 海边铁制渔船上的锈迹比江边铁制渔船的多，为了研究海水是否会加快铁的生锈，设计以下数字化实验：
实验 实验用品
实验1 长5cm、直径1mm的铁丝，15mL蒸馏水
实验2 长5cm、直径1mm的铁丝，15mL海水
（1）根据图1，说明铁生锈会 (选填“吸收”或“放出”)热量。
（2）根据以上两个图像，可以得出结论： 。
任务二 很多跨海大桥的钢铁表面可以通过涂铝层防止铁被腐蚀，为了探究大桥利用铝保护钢铁的原因，提出猜想：铝的金属活动性比铁强，先被海水腐蚀。设计如图所示对比实验。
（3）若左侧烧杯内铁片出现锈迹，右侧烧杯内观察到 ，则说明猜想正确。
（4）你认为选择铝保护钢铁的可能原因还有 。
任务三 铁制品放在水中，表面用油液封，可以延缓铁生锈。为探究这一情况，设计如下实验：将蒸馏水煮沸后迅速冷却至室温(12℃)，取等体积水样于2个烧杯中，其中一个烧杯加5L花生油进行“油封”，用溶解氧传感器测定两个水样中溶解氧含量。
溶解氧含量/(mg L-1 时间/h 0 2 6 12 24 36 48
实验 ①未油封 2.42 4.75 6.44 8.45 10.10 10.43 10.51
②油封 2.43 3.02 4.28 4.81 6.47 7.20 7.98
已知：12℃时，未煮沸的蒸馏水中溶解氧含量为10.68mg L-1。
（5）由实验得出的下列结论正确的是______(填字母)。
A．“油封”的方式能完全隔绝氧气在水中的溶解
B．通过加热煮沸并冷却，可以明显降低水中含氧量
C．“油封”和“未油封”水样中的溶解氧含量均随时间的增加而呈增大趋势
（6）实验中，放置两周后铁丝依然出现锈蚀的原因是 。
【反思与评价】
（7）生活中常用在金属表面涂油的方式“防生锈”，其主要原因是 。
【答案】（1）放出
（2）海水会促进铁生锈
（3）铁片不出现锈迹
（4）铝能和氧气反应生成致密的氧化铝保护膜
（5）BC
（6）放置两周后水中溶解氧含量都变的较高
（7）隔绝氧气和水
【解析】（1）从图 1 中温度随时间升高可知，铁生锈会放出热量；
（2）对比实验 1（铁丝和蒸馏水）与实验 2（铁丝和海水）的图像，发现实验 2 中温度升高更快、氧气浓度下降更快，说明海水会加快铁的生锈；
（3）若左侧烧杯内铁片出现锈迹，右侧烧杯内铁片没有出现锈迹，则说明铝先被海水腐蚀，猜想正确；
（4）铝在空气中能形成一层致密的氧化铝薄膜，这层薄膜可以阻止铝进一步被腐蚀，同时也能对内部的钢铁起到保护作用；
（5）A 、从数据看，“油封” 水样溶解氧含量仍有变化，说明 “油封” 不能完全隔绝氧气在水中的溶解，错误；
B、已知 12℃时未煮沸的蒸馏水中溶解氧含量为10.68mg L 1，而煮沸后迅速冷却至室温的水样初始溶解氧含量2.42mg L 1和2.43mg L 1，说明通过加热煮沸并冷却，可以明显降低水中含氧量，正确；
C、从表格数据可知，“油封” 和 “未油封” 水样中的溶解氧含量均随时间的增加而呈增大趋势，正确。
故选BC；
（6）实验中，放置两周后铁丝依然出现锈蚀的原因是 “油封” 不能完全隔绝氧气，放置两周后水中溶解氧含量都变高，仍有氧气溶解在水中与铁发生反应。
（7）生活中常用在金属表面涂油的方式 “防生锈”，其主要原因是涂油能隔绝氧气和水，防止金属与氧气、水接触发生锈蚀。
15．铁的锈蚀虽然对社会生产造成较大损害，但其也有有利的一面，如暖宝宝就是利用了铁粉生锈放出热量的原理制成的。某小组同学设计实验探究铁生锈的条件及影响生锈速率的因素。
探究1：铁生锈的条件
【进行实验】某同学设计了如图所示的实验装置，实验中观察到只有湿的铁丝团表面有明显锈迹，浸没在刚冷却的开水中的铁丝团以及干的铁丝团表面均无锈迹。
【实验结论】
（1）铁生锈实际上是铁与空气中的 发生反应的结果。
探究2：暖宝宝中的哪种物质加快了铁的锈蚀速率？
【查阅资料】暖宝宝的发热材料主要有铁粉、活性炭、食盐、水等。
【猜想与假设】
猜想1：活性炭能加快铁粉生锈的速率
猜想2：食盐能加快铁粉生锈的速率
【实验设计】某同学设计实验验证猜想：将2g铁粉、5g水与不同量活性炭、食盐均匀混合后，测量并记录实验中在10分钟内温度的上升情况：
实验 活性炭/g 食盐/g 温度上升值/℃
1 0 0 0.1
2 0.2 0 22.0
3 x 0.1 3.1
【分析与结论】
（2）实验1的作用是 。
（3）分析实验数据，可以判断出猜想1 (选填“成立”或“不成立”)；也可利用上述实验1、3验证猜想2，则实验3中x的数值为 。
【拓展延伸】
（4）小组同学根据暖宝宝中同时含有活性炭与食盐这两种物质，猜测“活性炭与食盐同时存在会大幅度加快铁生锈的速率”，于是将2g铁粉、5g水与0.2g活性炭、0.1g食盐均匀混合后，测量并记录实验中在10分钟内温度的上升情况，发现 ，证明猜测正确。
【反思与评价】
（5）下列说法正确的是______。
A．暖宝宝在使用前要密封保存
B．暖宝宝使用后剩余物可以回收利用
C．利用铁生锈的原理，铁粉还可用于食品保鲜
【答案】（1）氧气、水蒸气(或O2、H2O)
（2）作对照实验
（3）成立 0
（4）温度的上升值明显大于实验2、3中温度的上升值
（5）ABC
【解析】（1）湿的铁丝团与氧气、水同时接触而生锈，干的铁丝团只与氧气接触不生锈，浸没在刚冷却开水中的铁丝团只与水接触不生锈，通过对比可知铁生锈实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气发生反应的结果；
（2）实验1中活性炭和食盐的质量都为0，则实验1的作用是作对照实验；
（3）根据实验1、2可知，加入活性炭后10分钟内温度的上升值明显变大，则说明活性炭能加快铁粉生锈的速率，即猜想1成立；
利用上述实验1、3验证猜想2，食盐能加快铁粉生锈的速率，根据控制变量唯一的原则，除了是否加入食盐外，其它条件相同，1中没有加入活性炭为0，则3中加入活性炭x＝0；
（4）猜测“活性炭与食盐同时存在会大幅度加快铁生锈的速率”，则将2g铁粉、5g水与0.2g活性炭、0.1g食盐均匀混合后，测量实验中在10分钟内温度的上升情况，发现温度的上升值大于实验2、3中温度的上升值，即可证明猜测正确；
（5）A、暖宝宝中的铁粉在空气中与氧气和水接触易生锈，导致失效，因此使用前应密封保存，A正确；
B、暖宝宝使用后剩余物中的活性炭等可以回收再利用，B正确；
C、铁生锈时会消耗氧气，则铁粉可用于食品保鲜，C正确；
故选ABC。
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