6.3 金属防护和废金属回收---2025-2026学年九年级化学沪教版（2024）上册

6.3 金属防护和废金属回收 知识导航 知识精讲 知识点1 钢铁的锈蚀及防护 1. 探究钢铁锈蚀的条件 取5枚洁净无锈的铁钉，分别放入5支试管中，进行下面的实验： 试管 ① ② ③ ④ ⑤ 实验操作 在试管①中加入少量干燥剂，再放一团干棉球，把铁钉放在干棉球上，塞紧橡皮塞 在试管②中注满煮沸后迅速冷却的蒸馏水，使铁钉完全浸没，塞紧橡皮塞 在试管③中加入少量蒸馏水，使铁钉的一部分浸没在水中 在试管④中加入稀硫酸或醋酸溶液，浸没铁钉后，倒去溶液 在试管⑤中加入少量氯化钠溶液，使铁钉的一部分浸没在溶液中 实验现象 立即观察 无现象 无现象 无现象 有大量无色气泡产生 无现象 1天后 无现象 无现象 无现象 铁钉表面开始生锈 铁钉表面开始生锈 3天后 无现象 无现象 无现象 生锈 生锈 7天后 无现象 无现象 铁钉表面开始生锈 锈蚀严重 锈蚀严重 【方法导引】 控制变量法探究铁钉生锈的条件：铁钉锈蚀受多个因素影响，在探究铁钉锈蚀的条件时，需要控制一个变量，其他影响铁钉锈蚀的因素保持不变。 2. 铁发生锈蚀的主要因素 （1） 铁跟水和氧气（或空气）接触。 （2） 在酸溶液或氯化钠溶液环境中，会加快铁锈蚀的速率。 3. 钢铁的生锈 （1）铁在空气中的锈蚀，实际上是铁跟氧气、水等物质作用，发生一系列复杂的化学反应，转化为铁的化合物的过程。 （2）铁锈（主要成分为Fe2O3·xH2O）是一种疏松多孔的物质，成分复杂，空气中的氧气和水分能穿过铁锈的空隙，不断向内层渗透，持续与铁反应，直至铁被完全锈蚀。 4. 金属的保护 （1） 钢铁防锈原理：破坏钢铁锈蚀的条件，使铁制品隔绝空气或隔绝水。 （2） 钢铁防锈的方法 ①保持铁制品表面洁净干燥。 ②在钢铁表面覆盖保护膜：喷漆、涂油、镀一层金属（镀锌、镀铬等）、在钢铁制品表面烧涂搪瓷等。 ③改变内部结构，制成合金。 【方法导引】 钢铁防锈方法可简记为： ①“爱干净”——表面洁净干燥。 ②“穿美衣”——覆盖保护膜。 ③“强身体”——改变自身结构，制成合金。 知识点2 废金属的回收利用 1. 废金属的危害 （1） 造成资源浪费。 （2） 污染环境。 2. 回收利用废金属的意义 （1） 节约金属矿石等金属资源。 （2） 节约能源。 （3） 减少环境污染。 3. 我国在废金属回收与利用方面的成就 （1） 2021年，我国废金属（废钢铁、废有色金属）回收的总价值达到10402.1亿元，相较2013年增长了 256%。 （2）以铜、铝、铅、锌为代表的有色金属回收利用水平已进入世界先进国家的行列。 【素养提升】 保护金属资源的有效途径： ①防止金属的腐蚀。 ②回收利用废金属。 ③有计划、合理地开采矿物。 ④寻找金属的代用品。 能力拓展 考法01 钢铁的锈蚀与防护 1.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 【详解】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。 2.“对比法”是实验探究中常用的一种科学方法，为了检验铁生锈的条件，进行了如图（略去其中的夹持装置）所示三个对比实验。一段时间后，①中铁丝发生锈蚀且试管中液面上升，②和③中均无明显变化，以下得出的结论不正确的是 A．对比①②可以说明铁生锈一定要有氧气参加 B．对比②③可以说明铁生锈一定要有水参加 C．对比①③可以说明铁生锈一定要有水参加 D．对比①②③可以说明铁生锈必需水和氧气同时参加 【答案】B 【详解】①中的铁丝既与氧气接触，又与水蒸气接触，铁丝生锈；②中的铁丝只与水接触，没有生锈；③中的铁丝只与干燥的氧气接触，没有生锈； A、对比①②可以说明铁生锈除了有水，还一定要有氧气参加，结论正确，不符合题意； B、②中没有氧气只有水，③中只有氧气没有水，铁都没有生锈，因此不能说明铁生锈一定要有水参加，结论错误，符合题意； C、对比①③可以说明铁生锈一定要有水参加，结论正确，不符合题意； D、对比①②③可以说明铁生锈必须有水和氧气同时参与，结论正确，不符合题意。 故选B。 考法02 金属资源保护 1.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。下列防止铁生锈的方法错误的是 A．在铁护栏表面涂上一层油漆 B．菜刀用后洗净擦干 C．用带油的布直接擦被雨水淋湿的自行车 D．水龙头表面镀铬 【答案】C 【分析】铁生锈的条件是铁与氧气、水同时接触，防止铁生锈的原理是破坏铁生锈的条件。 【详解】A、在铁护栏表面涂上一层油漆，可以隔绝氧气和水，从而防止铁生锈，故A正确； B、菜刀用后洗净擦干，可以减少与水的接触，可以防止铁生锈，故B正确； C、用带油的布直接擦被雨水淋湿的自行车，不能完全擦干，油膜不能完全隔绝铁与氧气、水的接触，不能防止铁生锈，故C不正确； D、水龙头表面镀铬，可以隔绝氧气和水，可以防止铁生锈，故D正确。 故选C。 2.防止金属锈蚀能有效保护金属资源。下列防锈方法中，与其它三种方法原理不同的是 A．表面涂油 B．表面刷漆 C．覆盖塑料 D．制成合金 【答案】D 【详解】A.在金属制品表面涂油防锈方法中，方法原理是在铁制品表面涂保护膜，破坏铁锈蚀条件，即隔绝氧气或水； B.在金属制品表面刷漆防锈方法中，方法原理是在铁制品表面涂保护膜，破坏铁锈蚀条件，即隔绝氧气或水； C.在金属制品表面覆盖塑料，方法原理是在铁制品表面覆盖保护膜，破坏铁锈蚀条件，即隔绝氧气或水； D.制成合金进行防锈，方法原理是改变金属的内部结构，制成耐腐蚀的合金。 综上所述，四种防锈方法中，与其它三种方法原理不同的是D，故选：D。 分层提分 题组A 基础过关练 1．下列有关金属资源的利用与防护说法不正确的是 A．沙漠地区的铁制品比海边的铁制品锈蚀的快 B．用“烤蓝”的方法处理钢铁表面，可减缓钢铁的腐蚀 C．使用最多的金属材料是钢铁 D．废旧金属的回收利用，是保护金属资源的有效途径之一 【答案】A 【详解】A、铁生锈的条件是铁与氧气和水接触，沙漠地区缺少水分，海边铁制品能与氧气和水接触，且氯化钠能加速铁的锈蚀，故沙漠地区的铁制品比海边的铁制品锈蚀的慢，选项说法错误，符合题意； B、用“烤蓝”的方法处理钢铁表面，可隔绝氧气和水，减缓钢铁的腐蚀，选项说法正确，不符合题意； C、现阶段用使用最多的金属材料是钢铁，选项说法正确，不符合题意； D、保护金属资源的有效途径有：防止金属锈蚀、废旧金属的回收利用、寻找金属替代品、有计划、合理地开采矿物等，选项说法正确，不符合题意。 故选A。 2．2025年2月7日至2月14日亚洲冬季运动会将在哈尔滨盛大举行，哈尔滨火车站是全国第二大欧式风格的火车站，是“尔滨”一张美丽的名片！下列有关说法错误的是 A．铺设地面的大理石的主要成分是碳酸钙 B．火车站修建时使用到的金属材料均为纯铁 C．火车站内的钢轨采用的是硬度大、韧性好的锰钢 D．火车站室外铁围栏采用了在表面刷漆的方法来防锈 【答案】B 【详解】A、铺设地面的大理石的主要成分是碳酸钙，选项正确； B、铁合金的机械性强于纯铁，所以火车站修建时使用到的金属材料主要是铁的合金，选项错误； C、火车站内的钢轨采用的是硬度大、韧性好的锰钢，选项正确； D、表面刷漆可以隔绝空气和水，防止铁制品生锈，选项正确； 故选B。 3．下列生活中的做法正确的是 A．生活中通过蒸馏来降低水的硬度 B．自行车链条涂油防锈 C．用钢刷擦洗铝制品 D．发现厨房燃气泄露，立即打开电灯检查 【答案】B 【详解】A、蒸馏能降低水的硬度，但生活中主要用煮沸的方法降低水的硬度，该选项做法不正确； B、铁与氧气和水共同接触时会生锈，自行车链条涂油能隔绝氧气和水，则可防锈，该选项做法正确； C、铝表面有一层致密的氧化铝薄膜，用钢刷会除去氧化铝薄膜，则不能用钢刷擦洗铝制品，该选项做法不正确； D、燃气泄漏时，打开电灯，产生的电火花可能会引起爆炸，该选项做法不正确。 故选B。 题组B 能力提升练 1．下列关于金属材料的说法中，正确的是 A．合金中一定含金属，可能含非金属 B．锈蚀后的铁制品没有回收价值 C．钢中含碳量高于生铁中含碳量 D．合金一般比组成他们的纯金属熔点高 【答案】A 【详解】A、合金是指由一种金属与其它金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质，所以合金中至少含有一种金属，可以有非金属，故选项说法正确； B、锈蚀后的铁制品回收利用既能节约金属资源，又能减少环境污染，故选项说法错误； C、生铁是含碳量为2%～4.3%的铁合金，钢是含碳量为0.03%～2%的铁合金，钢中含碳量低于生铁中含碳量，故选项说法错误； D、合金一般比组成他们的纯金属硬度大，熔点低，故选项说法错误。 故选A。 2．2022年10月12日，“太空教师”陈冬、刘洋、蔡旭哲在中国空间站给青少年带来“天宫课堂”第三课，面向全球进行现场直播。空间站的建设过程中使用了大量的金属材料，下列有关金属材料的说法不正确的是 A．合金属于金属材料 B．铁在干燥的环境中容易生锈 C．不锈钢(铁合金)的抗腐蚀性比纯铁好 D．金属的回收利用既保护环境，又节约了金属资源 【答案】B 【详解】A、纯金属和合金属于金属材料，不符合题意； B、铁生锈的条件是铁与氧气和水接触，铁在干燥的环境中不容易生锈，符合题意； C、合金比组成它的纯金属抗腐蚀性好，故不锈钢(铁合金)的抗腐蚀性比纯铁好，不符合题意； D、金属的回收利用，可以节约金属资源，减少污染物的排放，保护环境，不符合题意。 故选B。 3．2024年中国航天全年预计实施100次左右发射任务，有望创造新的纪录。在航天科技中会用到大量金属材料。下列有关金属材料的说法正确的是 A．合金中一定只含金属元素 B．纯铜比黄铜的硬度更大 C．生锈的钢铁制品没有回收价值 D．金属材料包括纯金属和合金 【答案】D 【详解】A、合金中一定含金属元素，可能含有非金属元素，故说法错误； B、合金的硬度大于组成它的纯金属的硬度，因此纯铜比黄铜的硬度更小，故说法错误； C、生锈的钢铁制品，还可以用来炼铁，因此有回收价值，故说法错误； D、金属材料包括纯金属和合金，故说法正确； 故选D。 题组C 培优拔尖练 1.化学兴趣小组就“金属冶炼及金属性质”进行项目式学习，请回答下列问题。 【项目一】金属冶炼的探究。 小组同学模拟冶铁实验，装置如上图所示。 （1）硬质玻璃管中的现象为 。 （2）如果装置最后没有设置酒精灯，后果是 。 （3）硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为 。 【项目二】金属锈蚀的探究。下图是实验小组探究铁制品锈蚀的过程。 （4）固体的化学式为 。 （5）一段时间后观察到只有第一只试管里的铁钉生锈，则该实验得出的结论是 。 【项目三】金属化学性质的探究。 室温时，小组同学将质量相同的一块镁片和一块锌片分别与等浓度、等质量的稀盐酸反应，实验装置如下图甲，压强传感器测得装置内压强随时间的变化关系如下图乙。 （6）乙图中的曲线②是哪种金属与稀盐酸的反应 （填该金属的化学符号）。 （7）ab段变化的原因是 。 （8）反应结束后，发现有一种金属剩余，则剩余金属是 。 【答案】（1）红色固体变黑 （2）CO有毒，污染空气 （3） （4）CaCl2 （5）铁与氧气和水共同作用下生锈 （6）Zn （7）反应结束，温度下降 （8）镁/Mg 【解析】（1）硬质玻璃管内发生反应为一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，反应进行一段时间后，硬质玻璃管中的实验现象为：红棕色固体逐渐变为黑色； （2）如果装置最后没有设置酒精灯，一氧化碳会逸散到空气中，后果是CO有毒，污染空气； （3）硬质玻璃管内发生反应为一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：； （4）第一支试管中铁钉接触氧气和水、第二支试管中铁钉接触水、则第三支试管中铁钉只接触氧气，X固体要具有吸水性，则选择CaCl2； （5）一段时间后观察到只有第一只试管里的铁钉生锈，则该实验得出的结论是铁与氧气和水共同作用下生锈； （6）曲线②表示装置内压强升高慢，则金属反应速率较慢，活动性Mg>Zn，则该金属是Zn； （7）ab段压强变小，变化的原因是反应结束，温度下降； （8）等质量的镁和锌与等浓度、等质量的稀盐酸反应，最终装置内压强相等，说明产生的氢气质量相等。根据化学方程式、，每24份质量的镁能反应生成2份质量的氢气，每65份质量的锌能反应生成2份质量的氢气，可知产生相同质量的氢气，需要镁的质量比锌少，若锌有剩余，则镁一定有剩余；若锌与稀盐酸恰好完全反应，则镁一定有剩余；若锌与稀盐酸反应后，稀盐酸有剩余，则等质量的镁反应时会消耗更多的稀盐酸，产生更多的氢气，假设不成立，所以反应结束后镁（Mg）一定有剩余。 2.2024年5月3日，嫦娥六号探测器成功发射，开启月球背面采样之旅。 科研人员曾用嫦娥五号带回的月壤证实：在一定条件下，月壤中的FeO(铁橄榄石的主要成分)分解生成Fe3O4(磁铁矿的主要成分)以及单质铁。 (1)写出该反应的化学方程式 。 (2)下列关于含铁物质的说法中，正确的是___________ (填序号)。 A．磁铁矿是工业炼铁的重要原料 B．铁锈的主要成分是 C．铁合金比纯铁应用更为广泛 【答案】(1) (2)ABC 【详解】（1）在一定条件下，FeO分解生成Fe3O4和单质铁，反应的化学方程式为：； （2）A、磁铁矿是工业炼铁的重要原料之一，故说法正确； B、铁锈的主要成分是氧化铁的水合物，可表示为：Fe2O3⋅xH2O，故说法正确； C、合金的特点是：硬度大，熔点低，耐腐蚀，因此合金种类远大于纯金属，合金具有更广泛的用途，故说法正确； 故选ABC。 3．以探究铁钉生锈条件的实验为例。通过分析该实验涉及的几种因素，可得出以下表格。 序号 A B C 条件 蒸馏水 √ √ × 氧气 √ × √ 现象 生锈 不生锈 不生锈 (1)实验A、B研究的变量为 ，说明铁制品锈蚀的条件之一是 。 (2)实验A、C研究的变量为 ，说明铁制品锈蚀的条件之一是 。 【答案】(1) 氧气 与氧气接触 (2) 蒸馏水 与水接触 【详解】（1）根据表格和图示可知，实验A与蒸馏水和氧气同时接触生锈，实验B只与氧气接触不生锈，则实验A、B研究的变量为氧气，说明铁制品锈蚀的条件之一是与氧气接触； （2）根据表格和图示可知，实验A与蒸馏水和氧气同时接触生锈，实验C只与蒸馏水接触不生锈，则实验A、C研究的变量为蒸馏水，说明铁制品锈蚀的条件之一是与水接触。 课后巩固练习 1．化学小组对钢铁的锈蚀进行实验研究。 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。 (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速率的影响 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2mL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① 3.5g 4% 18.96% 实验② 3.5g 8% 18.56% 实验③ 3.5g 16% 18.28% 实验④ 3.5g 24% 17.99% (3)该实验探究的是 对钢铁腐蚀速率的影响，其实验结论是 。 (4)查阅资料得知，食盐水中的氯离子能破坏钢筋表面的钝化膜（其原理如图所示），并促使铁发生一系列反应得到Fe（OH）3，Fe（OH）3在空气中风化失水后变成氧化铁。 ①氯离子破坏钢筋表面的钝化膜的过程中，从阳极向阴极转移的微粒是 。 ②钢筋锈蚀过程中得到氧化铁的反应方程式为 。 III．探究水样的pH及溶解氧浓度对钢铁腐蚀速率的影响 步骤1：按如图连接好装置，检查装置气密性。 步骤2：向三颈烧瓶中放入3.5g生铁粉末，向分液漏斗内加入10mL不同浓度的稀盐酸。 步骤3：将盐酸全部注入三颈烧瓶内，关闭分液漏斗活塞，同时采集数据见下表： 序号 盐酸pH 压强p/kPa 溶解氧/mg·L-1 p反应前 p反应后 DO反应前 DO反应后 开始降低所需时间/s 实验① 2.0 90.8 91.8 5.2 4.3 131 实验② 3.0 90.8 91.5 5.0 3.7 68 实验③ 4.0 90.8 90.3 4.9 3.4 24 实验④ 5.0 90.8 90.5 4.9 3.7 98 实验⑤ 6.0 90.8 90.6 4.4 3.7 175 (5)实验1和实验2反应后压强变大的主要原因是装置内生成 。 (6)进行实验3时，观察到溶液中有气泡冒出，反应后体系内压强却变小了。其原因是 。 (7)分析表中数据，在该实验条件下，下列说法正确的有_______。 A．当pH=2时，铁粉与氧气的锈蚀速率最快 B．稀盐酸中的溶解氧含量与盐酸的pH有关 C．铁粉和盐酸，氧气的反应可以同时发生 【答案】(1)O2和H2O (2)自来水中含有溶解的氧气 (3) 食盐水浓度 食盐水浓度越大，铁的锈蚀速率越快 (4) 电子 (5)氢气/H2 (6)因为盐酸和铁反应生成了氢气，但是铁生锈消耗氧气，且消耗的氧气比生成的氢气多，故反应后体系内压强变小 (7)B 【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，生锈了；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； （2）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，四组实验中食盐水的浓度不同，相同时间内消耗的氧气的量不同，故探究的是食盐水浓度对钢铁腐蚀速率的影响； 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）①分析原理图可知，阳极发生的反应是Fe→Fe2++2e−，阴极发生的反应是O2+4H2O+4e−→4OH−，故从阳极向阴极转移的微粒是电子； ②由资料可知Fe(OH)3在空气中风化失水后变成氧化铁，反应的方程式为2 Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O； （5）实验①和实验②反应后压强变大的主要原因是铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气； （6）进行实验③时，观察到溶液中有气泡冒出，是因为盐酸和铁反应生成了氢气，但是铁生锈消耗氧气，且消耗的氧气比生成的氢气多，故反应后体系内压强变小； （7）A、分析表格可知，当pH=4时，溶解氧含量开始降低所需要的时间最短，此时铁粉与氧气的锈蚀速率最快，说法错误； B、分析表格可知，随着溶液pH值的增大，溶液中的溶解氧含量越来越低，故稀盐酸中的溶解氧含量与盐酸的pH有关，说法正确； C、分析表格可知，溶解氧含量开始降低的时间并不是从0开始的，故铁粉和盐酸，氧气的反应不是同时发生的，说法错误。 故选：B 2．因锈蚀造成浪费的金属高达年产量的20%以上，造成了极大的经济损失，“拉瓦锡”化学小组成员对金属的锈蚀及应用展开了一系列的探究。 探究活动一： 【发现问题】小组成员发现铜在空气中也会生锈变成铜绿，经查阅资料，铜绿的主要成分为Cu2(OH)2CO3 【提出猜想】根据铜绿的组成，推测铜生锈可能与二氧化碳、水和氧气有关。 【实验探究】实验小组同学取直径、长度均相同的铜丝，并打磨光亮。设计了如下表所示的四个实验，并持续观察。 编号 ① ② ③ ④ 实验 现象 无明显现象 无明显现象 铜丝表面有绿色物质 无明显现象 【讨论交流】 (1)对比 (填序号)的两个实验可以得出“铜生锈一定与二氧化碳有关”的结论。 (2)对比实验②和③，得出的结论是 。 (3)为验证猜想，请将实验④补充完整，广口瓶中放入的物质有铜丝和 。 (4)获取结论：铜生锈的条件是 。 探究二： 【发现问题】铁锈蚀原理在日常生活中被广泛应用，例如暖宝宝、食品脱氧剂等。 【提出问题】“暖宝宝”中的主要成分及应用？ 【实验探究】同学们打开暖宝宝，取出其中黑色粉末做了下面的实验。 I、黑色粉末的成分 (5)取黑色粉末于试管中，加入足量的 (写名称)，观察到有气泡产生，证明黑色粉末中有铁粉。 (6)反应(5)结束之后，将混合物经过滤，洗涤，烘干后得到的固体灼烧，将产物通入澄清石灰水，观察到石灰石变浑浊，说明黑色粉末中还有炭粉。石灰水变浑浊的反应方程式为 。 Ⅱ、用如图所示装置测定空气中氧气的含量。实验前，两个实验中的密闭装置内空气体积相等，实验过程中无操作性错误。 实验序号 实验装置 氧气含量随时间的变化图 ① ② (7)实验中红磷和暖宝宝中的粉末都要足量的原因是 。 (8)分析以上数据，小组成员认为用暖宝宝进行实验，所测结果更为准确，依据是 ；但不适合用于课堂上进行演示实验，依据是 。 【表述与交流】人类智慧无穷，趋利避害，化学让我们的生活变得更美好。 【答案】(1)①③ (2)铜生锈与氧气有关 (3)CO2和O2的混合气体 (4)铜与水、氧气和二氧化碳同时接触 (5)稀盐酸 (6) (7)充分消耗装置中的氧气 (8) 实验②中压强降低得更多，氧气消耗更完全 反应所需时间太长 【详解】（1）实验①中铜与氧气和水接触，无明显变化，实验③中，铜与氧气、二氧化碳和水接触，铜丝表面有绿色物质，因此得出“铜生锈一定与 CO2有关”的结论，依据的两个实验是①和③； （2）实验②中，铜与二氧化碳和水接触，无明显变化，实验③中，铜与氧气、二氧化碳和水接触，铜丝表面有绿色物质，对比实验②和③，得出的结论是铜生锈与氧气有关； （3）为验证猜想，应探究铜生锈是否与水有关，应进行没有水的实验探究，故在广口瓶中装上CO2和O2的混合气体； （4）由上述实验可推知，铜生锈的条件是铜与水、氧气和二氧化碳同时接触； （5）证明黑色粉末中有铁粉，加入试剂能产生气泡，可以是稀盐酸，稀盐酸和铁反应生成氯化亚铁和氢气； （6）二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，反应的化学方程式为：； （7）红磷和暖宝宝都要足量的原因是充分消耗装置中的氧气，实验结果更准确； （8）用暖宝宝进行实验，根据氧气含量随时间的变化图，实验②所测结果更为准确，依据是实验②中压强降低得更多，氧气消耗更完全；但不适用于课堂上进行演示实验，依据是反应所需时间太长，至少需要30分钟。 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 6.3 金属防护和废金属回收 知识导航 知识精讲 知识点1 钢铁的锈蚀及防护 1. 探究钢铁锈蚀的条件 取5枚洁净无锈的铁钉，分别放入5支试管中，进行下面的实验： 试管 ① ② ③ ④ ⑤ 实验操作 在试管①中加入少量干燥剂，再放一团干棉球，把铁钉放在干棉球上，塞紧橡皮塞 在试管②中注满煮沸后迅速冷却的蒸馏水，使铁钉完全浸没，塞紧橡皮塞 在试管③中加入少量蒸馏水，使铁钉的一部分浸没在水中 在试管④中加入稀硫酸或醋酸溶液，浸没铁钉后，倒去溶液 在试管⑤中加入少量氯化钠溶液，使铁钉的一部分浸没在溶液中 实验现象 立即观察 1天后 3天后 7天后 【方法导引】 控制变量法探究铁钉生锈的条件：铁钉锈蚀受多个因素影响，在探究铁钉锈蚀的条件时，需要控制一个变量，其他影响铁钉锈蚀的因素保持不变。 2. 铁发生锈蚀的主要因素 （1） 铁跟 和 接触。 （2） 在酸溶液或氯化钠溶液环境中，会 。 3. 钢铁的生锈 （1）铁在空气中的锈蚀，实际上是铁跟 等物质作用，发生一系列复杂的化学反应，转化为 的过程。 （2）铁锈（主要成分为Fe2O3·xH2O）是一种 的物质，成分复杂，空气中的氧气和水分能穿过铁锈的空隙，不断向内层渗透，持续与铁反应，直至铁 。 4. 金属的保护 （1） 钢铁防锈原理：破坏钢铁锈蚀的条件，使铁制品 或 。 （2） 钢铁防锈的方法 ①保持铁制品 。 ②在钢铁表面 ：喷漆、涂油、镀一层金属（镀锌、镀铬等）、在钢铁制品表面烧涂搪瓷等。 ③改变 ，制成 。 【方法导引】 钢铁防锈方法可简记为： ①“爱干净”——表面洁净干燥。 ②“穿美衣”——覆盖保护膜。 ③“强身体”——改变自身结构，制成合金。 知识点2 废金属的回收利用 1. 废金属的危害 （1） 造成 。 （2） 污染 。 2. 回收利用废金属的意义 （1） 节约 。 （2） 节约 。 （3） 减少 。 3. 我国在废金属回收与利用方面的成就 （1） 2021年，我国废金属（废钢铁、废有色金属）回收的总价值达到10402.1亿元，相较2013年增长了 256%。 （2）以铜、铝、铅、锌为代表的有色金属回收利用水平已进入世界先进国家的行列。 【素养提升】 保护金属资源的有效途径： ①防止金属的腐蚀。 ②回收利用废金属。 ③有计划、合理地开采矿物。 ④寻找金属的代用品。 能力拓展 考法01 钢铁的锈蚀与防护 1.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 2.“对比法”是实验探究中常用的一种科学方法，为了检验铁生锈的条件，进行了如图（略去其中的夹持装置）所示三个对比实验。一段时间后，①中铁丝发生锈蚀且试管中液面上升，②和③中均无明显变化，以下得出的结论不正确的是 A．对比①②可以说明铁生锈一定要有氧气参加 B．对比②③可以说明铁生锈一定要有水参加 C．对比①③可以说明铁生锈一定要有水参加 D．对比①②③可以说明铁生锈必需水和氧气同时参加 考法02 金属资源保护 1.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。下列防止铁生锈的方法错误的是 A．在铁护栏表面涂上一层油漆 B．菜刀用后洗净擦干 C．用带油的布直接擦被雨水淋湿的自行车 D．水龙头表面镀铬 2.防止金属锈蚀能有效保护金属资源。下列防锈方法中，与其它三种方法原理不同的是 A．表面涂油 B．表面刷漆 C．覆盖塑料 D．制成合金 分层提分 题组A 基础过关练 1．下列有关金属资源的利用与防护说法不正确的是 A．沙漠地区的铁制品比海边的铁制品锈蚀的快 B．用“烤蓝”的方法处理钢铁表面，可减缓钢铁的腐蚀 C．使用最多的金属材料是钢铁 D．废旧金属的回收利用，是保护金属资源的有效途径之一 2．2025年2月7日至2月14日亚洲冬季运动会将在哈尔滨盛大举行，哈尔滨火车站是全国第二大欧式风格的火车站，是“尔滨”一张美丽的名片！下列有关说法错误的是 A．铺设地面的大理石的主要成分是碳酸钙 B．火车站修建时使用到的金属材料均为纯铁 C．火车站内的钢轨采用的是硬度大、韧性好的锰钢 D．火车站室外铁围栏采用了在表面刷漆的方法来防锈 3．下列生活中的做法正确的是 A．生活中通过蒸馏来降低水的硬度 B．自行车链条涂油防锈 C．用钢刷擦洗铝制品 D．发现厨房燃气泄露，立即打开电灯检查 题组B 能力提升练 1．下列关于金属材料的说法中，正确的是 A．合金中一定含金属，可能含非金属 B．锈蚀后的铁制品没有回收价值 C．钢中含碳量高于生铁中含碳量 D．合金一般比组成他们的纯金属熔点高 2．2022年10月12日，“太空教师”陈冬、刘洋、蔡旭哲在中国空间站给青少年带来“天宫课堂”第三课，面向全球进行现场直播。空间站的建设过程中使用了大量的金属材料，下列有关金属材料的说法不正确的是 A．合金属于金属材料 B．铁在干燥的环境中容易生锈 C．不锈钢(铁合金)的抗腐蚀性比纯铁好 D．金属的回收利用既保护环境，又节约了金属资源 3．2024年中国航天全年预计实施100次左右发射任务，有望创造新的纪录。在航天科技中会用到大量金属材料。下列有关金属材料的说法正确的是 A．合金中一定只含金属元素 B．纯铜比黄铜的硬度更大 C．生锈的钢铁制品没有回收价值 D．金属材料包括纯金属和合金 题组C 培优拔尖练 1.化学兴趣小组就“金属冶炼及金属性质”进行项目式学习，请回答下列问题。 【项目一】金属冶炼的探究。 小组同学模拟冶铁实验，装置如上图所示。 （1）硬质玻璃管中的现象为 。 （2）如果装置最后没有设置酒精灯，后果是 。 （3）硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为 。 【项目二】金属锈蚀的探究。下图是实验小组探究铁制品锈蚀的过程。 （4）固体的化学式为 。 （5）一段时间后观察到只有第一只试管里的铁钉生锈，则该实验得出的结论是 。 【项目三】金属化学性质的探究。 室温时，小组同学将质量相同的一块镁片和一块锌片分别与等浓度、等质量的稀盐酸反应，实验装置如下图甲，压强传感器测得装置内压强随时间的变化关系如下图乙。 （6）乙图中的曲线②是哪种金属与稀盐酸的反应 （填该金属的化学符号）。 （7）ab段变化的原因是 。 （8）反应结束后，发现有一种金属剩余，则剩余金属是 。 2.2024年5月3日，嫦娥六号探测器成功发射，开启月球背面采样之旅。 科研人员曾用嫦娥五号带回的月壤证实：在一定条件下，月壤中的FeO(铁橄榄石的主要成分)分解生成Fe3O4(磁铁矿的主要成分)以及单质铁。 (1)写出该反应的化学方程式 。 (2)下列关于含铁物质的说法中，正确的是___________ (填序号)。 A．磁铁矿是工业炼铁的重要原料 B．铁锈的主要成分是 C．铁合金比纯铁应用更为广泛 3．以探究铁钉生锈条件的实验为例。通过分析该实验涉及的几种因素，可得出以下表格。 序号 A B C 条件 蒸馏水 √ √ × 氧气 √ × √ 现象 生锈 不生锈 不生锈 (1)实验A、B研究的变量为 ，说明铁制品锈蚀的条件之一是 。 (2)实验A、C研究的变量为 ，说明铁制品锈蚀的条件之一是 。 课后巩固练习 1．化学小组对钢铁的锈蚀进行实验研究。 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。 (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速率的影响 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2mL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① 3.5g 4% 18.96% 实验② 3.5g 8% 18.56% 实验③ 3.5g 16% 18.28% 实验④ 3.5g 24% 17.99% (3)该实验探究的是 对钢铁腐蚀速率的影响，其实验结论是 。 (4)查阅资料得知，食盐水中的氯离子能破坏钢筋表面的钝化膜（其原理如图所示），并促使铁发生一系列反应得到Fe（OH）3，Fe（OH）3在空气中风化失水后变成氧化铁。 ①氯离子破坏钢筋表面的钝化膜的过程中，从阳极向阴极转移的微粒是 。 ②钢筋锈蚀过程中得到氧化铁的反应方程式为 。 III．探究水样的pH及溶解氧浓度对钢铁腐蚀速率的影响 步骤1：按如图连接好装置，检查装置气密性。 步骤2：向三颈烧瓶中放入3.5g生铁粉末，向分液漏斗内加入10mL不同浓度的稀盐酸。 步骤3：将盐酸全部注入三颈烧瓶内，关闭分液漏斗活塞，同时采集数据见下表： 序号 盐酸pH 压强p/kPa 溶解氧/mg·L-1 p反应前 p反应后 DO反应前 DO反应后 开始降低所需时间/s 实验① 2.0 90.8 91.8 5.2 4.3 131 实验② 3.0 90.8 91.5 5.0 3.7 68 实验③ 4.0 90.8 90.3 4.9 3.4 24 实验④ 5.0 90.8 90.5 4.9 3.7 98 实验⑤ 6.0 90.8 90.6 4.4 3.7 175 (5)实验1和实验2反应后压强变大的主要原因是装置内生成 。 (6)进行实验3时，观察到溶液中有气泡冒出，反应后体系内压强却变小了。其原因是 。 (7)分析表中数据，在该实验条件下，下列说法正确的有_______。 A．当pH=2时，铁粉与氧气的锈蚀速率最快 B．稀盐酸中的溶解氧含量与盐酸的pH有关 C．铁粉和盐酸，氧气的反应可以同时发生 2．因锈蚀造成浪费的金属高达年产量的20%以上，造成了极大的经济损失，“拉瓦锡”化学小组成员对金属的锈蚀及应用展开了一系列的探究。 探究活动一： 【发现问题】小组成员发现铜在空气中也会生锈变成铜绿，经查阅资料，铜绿的主要成分为Cu2(OH)2CO3 【提出猜想】根据铜绿的组成，推测铜生锈可能与二氧化碳、水和氧气有关。 【实验探究】实验小组同学取直径、长度均相同的铜丝，并打磨光亮。设计了如下表所示的四个实验，并持续观察。 编号 ① ② ③ ④ 实验 现象 无明显现象 无明显现象 铜丝表面有绿色物质 无明显现象 【讨论交流】 (1)对比 (填序号)的两个实验可以得出“铜生锈一定与二氧化碳有关”的结论。 (2)对比实验②和③，得出的结论是 。 (3)为验证猜想，请将实验④补充完整，广口瓶中放入的物质有铜丝和 。 (4)获取结论：铜生锈的条件是 。 探究二： 【发现问题】铁锈蚀原理在日常生活中被广泛应用，例如暖宝宝、食品脱氧剂等。 【提出问题】“暖宝宝”中的主要成分及应用？ 【实验探究】同学们打开暖宝宝，取出其中黑色粉末做了下面的实验。 I、黑色粉末的成分 (5)取黑色粉末于试管中，加入足量的 (写名称)，观察到有气泡产生，证明黑色粉末中有铁粉。 (6)反应(5)结束之后，将混合物经过滤，洗涤，烘干后得到的固体灼烧，将产物通入澄清石灰水，观察到石灰石变浑浊，说明黑色粉末中还有炭粉。石灰水变浑浊的反应方程式为 。 Ⅱ、用如图所示装置测定空气中氧气的含量。实验前，两个实验中的密闭装置内空气体积相等，实验过程中无操作性错误。 实验序号 实验装置 氧气含量随时间的变化图 ① ② (7)实验中红磷和暖宝宝中的粉末都要足量的原因是 。 (8)分析以上数据，小组成员认为用暖宝宝进行实验，所测结果更为准确，依据是 ；但不适合用于课堂上进行演示实验，依据是 。 【表述与交流】人类智慧无穷，趋利避害，化学让我们的生活变得更美好。 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$