第3节 金属防护和废金属回收（6大题型专项训练）化学沪教版2024九年级上册

第3节 金属防护和废金属回收 题型01 钢铁锈蚀的条件 题型02 钢铁锈蚀的实验探究 题型03 铁生锈时引起压强的变化 题型04 金属防锈的方法 题型05 金属资源的保护措施 题型06 废弃金属的回收利用 题型01 钢铁锈蚀的条件 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】金属锈蚀给人类带来了巨大的损失，铁生锈的原因是接触了 A．氧气和水 B．仅需要水 C．氧气或水 D．仅需要氧气 【变式1-1】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1-2】证据推理是化学学科核心素养的重要内容，下列推理正确的是 A．金刚石和石墨都是由碳原子构成的，所以金刚石和石墨性质都相同 B．面粉和蔗糖灼烧后都得到黑色物质，所以它们是同种物质 C．金属的生锈都需要氧气，所以铁生锈一定需要氧气 D．化学变化一定伴随着能量的改变，所以有能量改变的变化一定是化学变化 【变式1-3】下列实验中发生化学变化的是 A．石蜡受热熔化 B．探究铁生锈的条件 C．活性炭净水 D．比较合金和纯金属的硬度 题型02 钢铁锈蚀的实验探究 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 图示 ① ② ③ ④ 生锈程度 不生锈 不生锈 易生锈 最易生锈 结论 （1）通过①③对比可知，影响铁生锈的因素是 水 （2）通过②③对比可知，影响铁生锈的因素是 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 （3）通过③④对比可知，盐溶液的存在会 加快 铁的锈蚀。 【典例2】关于下列实验的说法中，正确的是 A．该实验铜片上白磷燃烧，水下白磷未燃烧，说明燃烧需要温度达到可燃物的着火点 B．该实验探究铁钉生锈是否需要氧气 C．该实验澄清石灰水变白色浑浊，说明木炭和氧化铜发生了反应 D．该实验探究对溶液分解的催化作用 A．A B．B C．C D．D 【变式2-1】取铁钉用砂纸打磨，称其质量，按如图装置进行试验，放置3天，再取出铁钉称量。在不同温度下重复上述实验，记录试验数据如表，下列说法错误的是 温度/℃ 10 20 30 40 50 60 70 铁钉质量/g 0.02 0.04 0.08 0.16 0.18 0.18 0.18 A．实验是探究铁钉的质量对铁钉腐蚀快慢的影响 B．温度越高，铁腐蚀越快 C．50℃以后，试管中的氧气可能耗尽，铁钉的腐蚀停止 D．每次试验开始时水的质量保持一致 【变式2-2】为探究铁制品锈蚀的条件，进行如下实验。 步骤1：利用如图甲所示装置，将干燥的从导管a通入U形管(装置气密性良好，药品如图所示)；待U形管内充满后，在导管b处连接一活塞推至底部的注射器，收集20mL 后在导管处连接乳胶管并用止水夹夹紧，如图乙所示。 步骤2：一段时间后，观察U形管内的铁丝，其现象如下表所示。 观察对象 现象 ①干燥的普通铁丝 没有明显变化 ②潮湿的普通铁丝 较多红褐色锈斑 ③潮湿的纯铁丝 没有明显变化 (1)能证明铁生锈需要水分的实验现象是 。 (2)对比②③现象，你还可以得出铁生锈与 有关。 (3)在钢铁表面涂油漆可以防止铁生锈原因是 。 (4)写出用稀盐酸与铁反应的化学方程式 。 小红设计图丙装置，定量探究铁锈蚀的因素：检查气密性，将5g铁粉和2g炭粉加入三颈烧瓶，时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一只装有5mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。 (5)根据图丁，时刻后反应并未停止，温度却开始降低，原因是 。 (6)对比段和段的温度变化，你得出的结论是 ；分析时刻后温度升高的主要原因是 。 【变式2-3】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 。 题型03 铁生锈时引起压强的变化 在密闭容器里,铁生锈消耗氧气,冷却到室温后,引起密闭容器内气压减小。 图 1　 　图 2 如图所示,一段时间后,图1中试管内液面上升，图2中U形管中液面左高右低。 【典例3】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3-1】化学是一门以实验为基础的学科，请回答下列问题。 (1)甲实验用于探究影响铁生锈的因素。一段时间后可以观察到，Ⅰ中铁钉生锈，Ⅱ中铁钉未生锈，U型管内L端液面 (填“高于”“低于”或“等于”)R端。说明铁生锈与 有关。 (2)乙实验用一氧化碳还原氧化铜。实验前先通入一氧化碳的目的是 。实验中可以观察到的实验现象是 。该实验装置的缺点在于 。 【变式3-2】在探究“铁生锈的条件”创新实验中，某小组使用如图所示的装置（装置气密性良好，加入液体导致装置内气体的体积变化可忽略不计）进行实验。将等体积的少量蒸馏水和氯化钠溶液同时滴入装置中，一段时间后，观察到实验二中的铁粉锈蚀更严重，注射器活塞均向左移动。下列说法正确的是 A．此实验能推断出铁锈蚀一定需要水的参与 B．注射器活塞向左移动是因为装置内的压强比大气压强大 C．若铁粉过量，实验二中注射器活塞最终停在约“4”刻度处 D．通过上述实验可知氯化钠溶液是铁锈蚀的催化剂 【变式3-3】我校化学兴趣小组以“金属的探索与应用”为主题开展项目式学习。 【项目一】金属活动性顺序的探究 为验证铝、铜、银的金属活动性强弱，小组成员设计了以下四组实验： (1)写出试管③反应的化学方程式 。 (2)为达成实验目的，若试管④的固体X是铜，则Y溶液为 溶液。 (3)除了上述实验中用到的方法，还可选用如下试剂组合进行验证，合理的有___________(填字母)。 A．铜片、银片、硝酸铝溶液 B．银片、铝片、硝酸铜溶液 C．铝片、铜片、银片、稀盐酸 D．铜片、硝酸铝溶液、硝酸银溶液 (4)待试管中的反应完全停止后，将试管②中物质过滤，将滤渣与试管③中的物质一同倒入烧杯中，充分反应后，观察到烧杯中的红色固体表面有较多银白色固体出现，则反应前试管③中的溶质有 。反应过程中，烧杯中部分离子的个数变化如图所示，则充分反应后，烧杯中阳离子与阴离子的个数比为 。 【项目二】铁粉锈蚀快慢和程度的探究 (5)小组同学设计了图1探究装置，连接好实验仪器后，确定装置气密性良好，进行如下实验： a．如图1，将5 g铁粉加入三颈烧瓶，连接压强传感器绘制出压强随时间变化曲线如图2所示。 b．时刻用注射器加入2 mL饱和NaCl溶液。 c．时刻将装有稀盐酸的注射器插到烧瓶上并加入稀盐酸。 ①根据图2信息对比AB段和BC段，说明 (填“A”或“B”)。 A．NaCl溶液能加快铁粉的锈蚀     B．NaCl溶液能减慢铁粉的锈蚀 ②时刻压强突然变大，说明铁粉锈蚀的程度属于 (填“部分”或“全部”)腐蚀。 题型04 金属防锈的原理和方法 原理：隔绝空气和水 方法：①保持铁制品的洁净和干燥。 ②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）。 ③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。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 【变式4-1】下列做法正确的是 A．用黄铜形状记忆合金制成人造卫星天线 B．为了刷洗的更干净可以用钢刷擦洗铝制品 C．钢铁表面采用涂油、喷漆、镀铬等方法都能防止金属生锈 D．金属资源中只有金、银以单质形式存在 【变式4-2】如图是某农家乐柴火灶示意图，下列叙述不正确的是 A．生火时，先点燃树叶再放入木柴，是因为树叶燃烧不需要氧气 B．将柴草放入炉灶后要架空，有利于柴草充分燃烧 C．为防止生锈应将使用后的铁锅擦干 D．燃烧时烟囱里的气体中氧气的体积分数小于21% 【变式4-3】某同学发现自己眼镜框中铜制部位表面有绿色的铜锈，他联想到探究铁生锈条件的实验，决定采用控制变量法探究铜生锈的原因，请你一起探究。 【提出问题】铜生锈的原因是什么？ 【查阅资料】铜锈的主要成分是，俗称铜绿。 【猜想与假设】 （1）根据查阅的资料猜测：铜生锈是铜与空气中的氧气、水和 共同作用的结果。 【设计与实验】 他仿照探究铁生锈条件的实验，设计并进行了如下四个实验（说明：实验中用到的蒸馏水 均已煮沸过且铜丝已打磨干净）。 编号 ① ② ③ ④ ⑤ 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 无明显现象 【解释与结论】 （2）实验中使用“经煮沸迅速冷却的蒸馏水”，其目的是 。 （3）得出“铜生锈一定与CO2有关”的结论，依据的两个实验是 和 （填编号）。 （4）对比实验②和③，得出的结论是 。 （5）为验证猜想，应在实验⑤瓶中添加物质 。 （6）由上述实验可推知，铜生锈的条件是 。 【反思与应用】 （7）结合上述实验，你对保存铜制品的建议是 。 题型05 金属资源的保护措施 1． 保护金属资源的重要性 ①金属资源是有限的。 ②废旧金属的随意丢弃，不仅会造成资源浪费，还会造成环境污染。 2． 保护金属资源的有效途径 ①防止金属锈蚀 。 ②废旧金属回收利用。 ③有计划、合理地 开采矿物，严禁乱采滥挖。 ④寻找金属的代用品。日常生活中常见的替代金属材料的用品有自来水管、下水管道、门窗等，它们是由金属材料改为塑料管或塑铝管、塑钢门窗。塑铝和塑钢属于特殊塑料，不是金属材料。 【典例5】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5-1】“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5-2】分类和类比是学习化学的常用方法。 (1)防止金属的腐蚀是保护金属资源的主要途径之一、请从体现防锈原理的角度， 将D和 分成一类，分类标准是： 。 A．自行车车圈电镀上一层金属 B．将铁制成不锈钢 C．铁锅使用后擦干表面的水分 D．铁制品表面喷漆 (2)到了高中我们就会知道：在化学反应前后，有元素化合价升降的反应属于氧化还原反应。据此我们可以推断出，金属和金属化合物溶液发生的置换反应 (填“属于”或“不属于”)氧化还原反应；物质发生的分解反应与氧化还原反应之间的关系可以用下图中的 图表示(填字母)。 【变式5-3】2025年“九·三”抗战胜利日阅兵式，集中展示中国国防科技的最新成果，向世界彰显中国新时代强军兴军的辉煌成就。强大的祖国在深空、深地、深蓝等领域也取得了令世界屏息惊艳的成就。 (1)坦克装甲应用的材料主要是锰钢，该金属材料应具有的物理性质是________。 A．密度小，硬度大 B．韧性好，硬度大 C．抗腐蚀性好 (2)5G基站的建立是深蓝网络空间领域数字基础的有力支撑，基站配有的铅酸蓄电池在放电时，可将 能转化为电能，确保基站设施不间断供电。 (3)金属矿物储量有限，而且不能再生。我们需要保护金属资源，保护金属资源有效途径之一是回收利用废旧金属，将废旧电池回收，既可以 ，又可以节约金属资源。 (4)化学与生活密切相关。自行车是绿色出行的交通工具，在支架表面喷漆，是为了防止其与空气中的 （写名称）发生反应而生锈，铁锈的主要成分是 （写化学式）。 题型06 废弃金属的回收利用 废金属的概述 主要指冶金工业、金属加工业产生的金属碎屑和碎块，以及日常生活中锈蚀和报废的金属器具等 废金属的危害 ①造成资源浪费；②污染环境 回收利用废金属的意义 ①节约铁矿石等资源；②节约能源；③减少环境污染 【典例6】地球上可利用的自然资源是有限的，下列有关资源的说法正确的是 A．空气是一种宝贵的资源，空气有自净能力，无需监测 B．大量使用化石燃料对环境没有污染 C．城市绿化采用节水灌溉方式，保护水资源 D．回收废旧金属不能节约金属资源 【变式6-1】推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。下列措施与此理念不相符的是 A．农业上杜绝施用农药，防止污染自然环境 B．减少使用一次性木筷，倡导低碳生活 C．生活污水集中处理、排放，防治水污染 D．废旧金属回收利用，保护金属资源 【变式6-2】铁是应用最广泛的金属。下列有关说法正确的是(　　) A．炼铁原理是用合适的物质将单质铁转化为氧化铁 B．将生铁中的大部分碳反应除去得到的钢是纯净物 C．铁制品高温处理后，表面形成的致密氧化膜有防腐作用 D．日常生活中的废旧铁制品直接填埋处理 【变式6-3】随着我国工业化进程加快，金属废料的产生量持续增加，如何回收利用金属废料已成为重要课题。某实践小组在老师的带领下在一个机械厂进行研学活动，并对金属废料随意丢弃的危害、成分及回收处理和减少产生的途径展开了项目式探究。 任务一：分析金属废料随意丢弃的危害 【咨询交流】 (1)同学们从机械厂工作人员处了解到，厂内产生的废钢屑、废切削液等含铅、镉等有毒金属，该金属废料随意丢弃的危害是 。 任务二：认识某金属废料成分及回收处理 【提出问题】该机械厂产生的某类金属废料中是否含有？ 【进行实验】 (2)同学们取该金属废料初步处理后，设计了如下实验方案： 实验步骤 实验现象 实验结论 ①取少量金属废料于试管中，加入足量 固体部分溶解，有气泡产生，溶液变为蓝色 有 ②取步骤①中剩余固体于另一试管中，并加入硝酸银溶液 有 【分析讨论】 (3)步骤①中发生反应的化学方程式为 (写一个)。 (4)通过该金属废料回收的金属铜在生产生活中的一种用途是 。 任务三：调查减少金属废料产生的途径 【查阅资料】钢材锈蚀是机械厂产生金属废料的原因之一，“发蓝处理”是防止钢铁锈蚀的重要途径，其原理是通过化学反应使钢件表面生成致密的氧化膜。某研究小组针对2份相同的钢件，用两种“发蓝处理”工艺进行处理，记录数据如下表：对2份“发蓝处理”后的钢件进行清洁并在溶液中浸泡相同时间后，取出曝露在空气中，观察钢件表面的锈蚀情况如图所示： 发蓝工艺 处理温度 时间 氧化膜外观 热碱发蓝 左右 厚度适中，色泽均匀 常温发黑 左右 厚度适中，色泽均匀 【交流讨论】 (5)分析表中信息可知，常温发黑工艺的优点是 。 (6)分析图像，可得出的结论是 。 (7)为进一步检验上述过程中形成的氧化膜是否致密，可往处理后的钢件上喷洒硫酸铜溶液，一段时间后，若观察到 ，则钢件表面没有形成致密氧化膜，还需进一步处理。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 金属防护和废金属回收 题型01 钢铁锈蚀的条件 题型02 钢铁锈蚀的实验探究 题型03 铁生锈时引起压强的变化 题型04 金属防锈的方法 题型05 金属资源的保护措施 题型06 废弃金属的回收利用 题型01 钢铁锈蚀的条件 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】金属锈蚀给人类带来了巨大的损失，铁生锈的原因是接触了 A．氧气和水 B．仅需要水 C．氧气或水 D．仅需要氧气 【答案】A 【解析】铁生锈是与空气中的氧气和水等物质共同作用的结果，所以要防止铁制品锈蚀，就要防止铁制品与空气中的氧气和水接触； 故选：A。 【变式1-1】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1-2】证据推理是化学学科核心素养的重要内容，下列推理正确的是 A．金刚石和石墨都是由碳原子构成的，所以金刚石和石墨性质都相同 B．面粉和蔗糖灼烧后都得到黑色物质，所以它们是同种物质 C．金属的生锈都需要氧气，所以铁生锈一定需要氧气 D．化学变化一定伴随着能量的改变，所以有能量改变的变化一定是化学变化 【答案】C 【解析】A、金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但由于碳原子的排列方式不同，则它们的物理性质不同，该选项推理不正确； B、面粉和蔗糖灼烧后都得到黑色物质，根据反应前后元素种类不变，说明它们都含碳元素，但不能说明它们为同种物质，该选项推理不正确； C、金属的生锈都需要氧气，铁生锈需要氧气和水共同作用，该选项推理正确； D、化学变化一定伴随着能量变化，但物理变化也可能伴随能量变化，如灯泡通电放热，则有能量改变的变化不一定为化学变化，该选项推理不正确。 故选C。 【变式1-3】下列实验中发生化学变化的是 A．石蜡受热熔化 B．探究铁生锈的条件 C．活性炭净水 D．比较合金和纯金属的硬度 【答案】B 【解析】A、石蜡受热熔化，只是石蜡的状态发生改变，没有新物质生成，不属于化学变化，该选项错误。 B、探究铁生锈的条件，铁生锈是铁与氧气、水发生反应生成铁锈，有新物质生成，属于化学变化，该选项正确。 C、活性炭净水，是利用活性炭的吸附性，吸附水中的色素和异味，没有新物质生成，不属于化学变化，该选项错误。 D、比较合金和纯金属的硬度，只是通过相互刻画来比较硬度大小，没有新物质生成，不属于化学变化，该选项错误。 故选B。 题型02 钢铁锈蚀的实验探究 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 图示 ① ② ③ ④ 生锈程度 不生锈 不生锈 易生锈 最易生锈 结论 （1）通过①③对比可知，影响铁生锈的因素是 水 （2）通过②③对比可知，影响铁生锈的因素是 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 （3）通过③④对比可知，盐溶液的存在会 加快 铁的锈蚀。 【典例2】关于下列实验的说法中，正确的是 A．该实验铜片上白磷燃烧，水下白磷未燃烧，说明燃烧需要温度达到可燃物的着火点 B．该实验探究铁钉生锈是否需要氧气 C．该实验澄清石灰水变白色浑浊，说明木炭和氧化铜发生了反应 D．该实验探究对溶液分解的催化作用 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】A、该实验中，铜片上的白磷与氧气接触，温度达到了着火点，燃烧，水下的白磷温度达到了着火点，但是隔绝氧气，不燃烧，说明燃烧需要与氧气接触，不符合题意； B、该实验中，左边试管中铁钉与氧气和水接触，生锈，右边试管中铁钉与氧气接触，不生锈，说明铁生锈需要与水接触，故该实验是探究铁钉生锈是否需要水，不符合题意； C、该实验中木炭和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，能使澄清石灰水变浑浊，故该实验澄清石灰水变白色浑浊，说明木炭和氧化铜发生了反应，符合题意； D、该实验中过氧化氢溶液的浓度不同，变量不唯一，无法探究二氧化锰对过氧化氢溶液分解的催化作用，不符合题意。 故选C。 【变式2-1】取铁钉用砂纸打磨，称其质量，按如图装置进行试验，放置3天，再取出铁钉称量。在不同温度下重复上述实验，记录试验数据如表，下列说法错误的是 温度/℃ 10 20 30 40 50 60 70 铁钉质量/g 0.02 0.04 0.08 0.16 0.18 0.18 0.18 A．实验是探究铁钉的质量对铁钉腐蚀快慢的影响 B．温度越高，铁腐蚀越快 C．50℃以后，试管中的氧气可能耗尽，铁钉的腐蚀停止 D．每次试验开始时水的质量保持一致 【答案】A 【解析】A、该实验探究的是温度对铁钉腐蚀快慢的影响，而不是铁钉的质量对铁钉腐蚀快慢的影响，故选项说法错误； B、从表格数据可以看出，在一定温度范围内，温度越高，铁钉增加的质量越大，说明铁钉腐蚀越快 ，故选项说法正确； C、在50℃以后，铁钉增加的质量不再增加，可能是因为试管中的氧气耗尽，导致铁钉的腐蚀停止，说明铁钉腐蚀越快，故选项说法正确；   D、每次试验开始时水的质量保持一致，这是为了控制变量，确保实验结果是由温度这一因素引起的，故选项说法正确； 故选：A。 【变式2-2】为探究铁制品锈蚀的条件，进行如下实验。 步骤1：利用如图甲所示装置，将干燥的从导管a通入U形管(装置气密性良好，药品如图所示)；待U形管内充满后，在导管b处连接一活塞推至底部的注射器，收集20mL 后在导管处连接乳胶管并用止水夹夹紧，如图乙所示。 步骤2：一段时间后，观察U形管内的铁丝，其现象如下表所示。 观察对象 现象 ①干燥的普通铁丝 没有明显变化 ②潮湿的普通铁丝 较多红褐色锈斑 ③潮湿的纯铁丝 没有明显变化 (1)能证明铁生锈需要水分的实验现象是 。 (2)对比②③现象，你还可以得出铁生锈与 有关。 (3)在钢铁表面涂油漆可以防止铁生锈原因是 。 (4)写出用稀盐酸与铁反应的化学方程式 。 小红设计图丙装置，定量探究铁锈蚀的因素：检查气密性，将5g铁粉和2g炭粉加入三颈烧瓶，时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一只装有5mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。 (5)根据图丁，时刻后反应并未停止，温度却开始降低，原因是 。 (6)对比段和段的温度变化，你得出的结论是 ；分析时刻后温度升高的主要原因是 。 【答案】(1)干燥的普通铁丝，没有明显变化，潮湿的普通铁丝，产生了较多红褐色锈斑 (2)金属的内部组成 (3)防止与氧气和水接触 (4)2HCl+Fe=FeCl2+H2↑ (5)铁在碳和氯化钠的作用下生锈，但其放出的热量小于装置散热的热量 (6) 加入氯化钠溶液之前，铁生锈耗氧的速度慢，温度升高慢，加入氯化钠溶液之后，加快铁生锈，耗氧快，温度升高的快 加入稀盐酸后反应迅速，产生大量氢气，放出大量的热 【解析】（1）能证明铁生锈需要水分的实验现象是：干燥的普通铁丝，没有明显变化，潮湿的普通铁丝，产生了较多红褐色锈斑。 （2）对比②③现象，你还可以得出铁生锈与金属的内部组成有关。因为“潮湿的纯铁丝”和“潮湿的普通铁丝”的变量是“有无碳和其他杂质”。 （3）因为生锈的条件是与水和氧气接触，涂上油漆防止与氧气和水接触。 （4）铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为2HCl+Fe=FeCl2+H2↑。 （5）t2时刻后反应并未停止，温度却开始降低，原因是铁在碳和氯化钠的作用下生锈，但其放出的热量小于装置散热的热量。 （6）0-t1段温度变化慢，t1-t2段的温度变化快，因为加入氯化钠溶液之前，铁生锈耗氧的速度慢，温度升高慢，加入氯化钠溶液之后，加快铁生锈，耗氧快，温度升高的快；t3时刻后温度升高的主要原因是加入稀盐酸后反应迅速，产生大量氢气，温度升高得快。 【变式2-3】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。 题型03 铁生锈时引起压强的变化 在密闭容器里,铁生锈消耗氧气,冷却到室温后,引起密闭容器内气压减小。 图 1　 　图 2 如图所示,一段时间后,图1中试管内液面上升，图2中U形管中液面左高右低。 【典例3】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3-1】化学是一门以实验为基础的学科，请回答下列问题。 (1)甲实验用于探究影响铁生锈的因素。一段时间后可以观察到，Ⅰ中铁钉生锈，Ⅱ中铁钉未生锈，U型管内L端液面 (填“高于”“低于”或“等于”)R端。说明铁生锈与 有关。 (2)乙实验用一氧化碳还原氧化铜。实验前先通入一氧化碳的目的是 。实验中可以观察到的实验现象是 。该实验装置的缺点在于 。 【答案】(1) 高于 水 (2) 除去装置中的空气，防止加热时因一氧化碳不纯引起爆炸 玻璃管内黑色固体变红，澄清石灰水变浑浊 没有尾气处理装置 【解析】（1）I中铁钉与氧气和水同时接触，生锈，Ⅱ中铁钉只与氧气接触，不生锈，Ⅰ中铁钉生锈消耗了氧气，使Ⅰ装置内压强减小，则U型管内L端液面高于R端； I中铁钉与氧气和水同时接触，生锈，Ⅱ中铁钉只与氧气接触，不生锈，对比可知铁生锈与水有关。 （2）实验前先通入一氧化碳的目的：一氧化碳具有可燃性，与空气混合加热可能发生爆炸。因此，实验前先通入一氧化碳是为了排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸； 一氧化碳还原氧化铜的化学反应为，反应中，黑色的氧化铜被还原为红色的铜，同时生成的二氧化碳会使澄清石灰水变浑浊，因此，实验现象为A中黑色固体变为红色，B中澄清石灰水变浑浊； 该实验装置的缺点：一氧化碳有毒，直接排放会污染空气， 装置中没有尾气处理装置。 【变式3-2】在探究“铁生锈的条件”创新实验中，某小组使用如图所示的装置（装置气密性良好，加入液体导致装置内气体的体积变化可忽略不计）进行实验。将等体积的少量蒸馏水和氯化钠溶液同时滴入装置中，一段时间后，观察到实验二中的铁粉锈蚀更严重，注射器活塞均向左移动。下列说法正确的是 A．此实验能推断出铁锈蚀一定需要水的参与 B．注射器活塞向左移动是因为装置内的压强比大气压强大 C．若铁粉过量，实验二中注射器活塞最终停在约“4”刻度处 D．通过上述实验可知氯化钠溶液是铁锈蚀的催化剂 【答案】C 【解析】A、实验一中铁粉与空气、水同时接触，铁粉生锈，实验二中铁粉与空气、氯化钠溶液同时接触，铁粉生锈，由于两实验中铁粉均与水接触，因此无法根据实验现象得出铁生锈需要水的参与，说法不合理，不符合题意； B、该实验中铁粉生锈消耗氧气，导致装置内压强小于大气压强，故注射器活塞向左移动，不符合题意； C、该实验中铁粉生锈消耗氧气，若铁粉过量，则能将装置内氧气耗尽，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，注射器活塞向左移动，减少的体积就是消耗氧气的体积，氧气约占空气体积的，则消耗氧气的体积为：，则注射器活塞停留在10mL-6mL=4mL，即“4”刻度处，符合题意； D、实验一中铁粉与空气、水同时接触，铁粉生锈，实验二中铁粉与空气、氯化钠溶液同时接触，铁粉生锈，实验二中的铁粉锈蚀更严重，说明氯化钠能加速铁的锈蚀，但是不能说明氯化钠是铁锈蚀的催化剂，不符合题意。 故选C。 【变式3-3】我校化学兴趣小组以“金属的探索与应用”为主题开展项目式学习。 【项目一】金属活动性顺序的探究 为验证铝、铜、银的金属活动性强弱，小组成员设计了以下四组实验： (1)写出试管③反应的化学方程式 。 (2)为达成实验目的，若试管④的固体X是铜，则Y溶液为 溶液。 (3)除了上述实验中用到的方法，还可选用如下试剂组合进行验证，合理的有___________(填字母)。 A．铜片、银片、硝酸铝溶液 B．银片、铝片、硝酸铜溶液 C．铝片、铜片、银片、稀盐酸 D．铜片、硝酸铝溶液、硝酸银溶液 (4)待试管中的反应完全停止后，将试管②中物质过滤，将滤渣与试管③中的物质一同倒入烧杯中，充分反应后，观察到烧杯中的红色固体表面有较多银白色固体出现，则反应前试管③中的溶质有 。反应过程中，烧杯中部分离子的个数变化如图所示，则充分反应后，烧杯中阳离子与阴离子的个数比为 。 【项目二】铁粉锈蚀快慢和程度的探究 (5)小组同学设计了图1探究装置，连接好实验仪器后，确定装置气密性良好，进行如下实验： a．如图1，将5 g铁粉加入三颈烧瓶，连接压强传感器绘制出压强随时间变化曲线如图2所示。 b．时刻用注射器加入2 mL饱和NaCl溶液。 c．时刻将装有稀盐酸的注射器插到烧瓶上并加入稀盐酸。 ①根据图2信息对比AB段和BC段，说明 (填“A”或“B”)。 A．NaCl溶液能加快铁粉的锈蚀     B．NaCl溶液能减慢铁粉的锈蚀 ②时刻压强突然变大，说明铁粉锈蚀的程度属于 (填“部分”或“全部”)腐蚀。 【答案】(1) (2)硝酸银/AgNO3 (3)BD (4) 硝酸铝、硝酸银 4：7 (5) A 部分 【解析】（1）试管③中铝的金属活动性比银强，能将银从硝酸银溶液中置换出来，铝和硝酸银发生反应生成硝酸铝和银，该反应的化学方程式为Al+3AgNO3=Al(NO3)3+3Ag。 （2）实验①中有气泡产生，实验②中无气泡生成，说明铝的活动性在氢前，铜的活动性在氢后，铝的活动性大于铜，试管③中铝能将银从硝酸银溶液中置换出来，说明铝的金属活动性比银强，要验证铝、铜、银的金属活动性强弱，还需验证铜和银的活动性强弱，已知试管④的固体X是铜，根据金属活动性顺序，若要比较铜与银的活动性，可利用铜与银的盐溶液反应，所以Y溶液为硝酸银溶液，若铜能置换出硝酸银溶液中的银，说明铜比银活泼。 （3）A、铜片、银片都不能与硝酸铝溶液反应，只能说明铝的活动性大于铜、铝的活动性大于银，但无法比较铜和银的活动性强弱，故A选项不符合题意； B、银片不能与硝酸铜溶液反应，说明铜的活动性大于银，铝片能与硝酸铜溶液反应，说明铝的活动性大于铜，从而可以验证铝、铜、银的金属活动性强弱为铝>铜＞银，故B选项符合题意； C、铝片能和稀盐酸反应，说明铝的活动性大于氢，铜片和银片都不能与稀盐酸反应，说明铜和银的活动性都小于氢，但无法比较铜和银的活动性强弱，故C选项不符合题意； D、铜片不能与硝酸铝溶液反应，说明铝的活动性大于铜，铜片能与硝酸银溶液反应，说明铜的活动性大于银，从而可以验证铝、铜、银的金属活动性强弱为铝＞铜＞银，故D选项符合题意。 故选BD。 （4）待试管中的反应完全停止后，将试管②中物质过滤，滤渣中含有铜（因为铜不与稀硫酸反应），将滤渣与试管③中的物质一同倒入烧杯中，充分反应后，观察到烧杯中的红色固体表面有较多银白色固体出现，说明试管③中硝酸银有剩余，铜和硝酸银发生了反应，铜将硝酸银中的银置换出来，生成硝酸铜和银，铜和硝酸铝不反应，所以反应前试管③中的溶质有硝酸铝和硝酸银。由图可知，反应前溶液中的溶质为硝酸铝和硝酸银，一个硝酸银微粒中含有1个银离子和1个硝酸根离子，一个硝酸铝微粒中含有1个铝离子和3个硝酸根离子，反应前银离子的个数为4n，则硝酸银中含有的硝酸根离子的个数为4n，硝酸铝中含有的硝酸根离子的个数为7n-4n=3n，则反应前铝离子的个数为n，反应后银离子的个数为2n，说明有2n个银离子参加反应，根据化学方程式Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag可知反应后铜离子的个数为n，硝酸铝不参与反应，反应前后铝离子和硝酸根离子的个数不变，所以充分反应后，烧杯中阳离子（铝离子、铜离子和银离子）与阴离子（硝酸根离子）的个数比为（n+n+2n）：7n=4：7。 （5）①在AB段，没有加入NaCl溶液，BC段加入了NaCl溶液，观察图2中压强变化，BC段压强下降比AB段快。因为铁生锈会消耗氧气，使装置内压强减小，压强下降越快，说明铁生锈消耗氧气的速率越快，也就意味着NaCl溶液能加快铁粉的锈蚀，故选A。 ②t3时刻加入稀盐酸后压强突然变大，这是因为铁锈蚀部分后，还有未锈蚀的铁与稀盐酸反应生成氢气，氢气使装置内压强增大，由此说明铁粉锈蚀的程度属于部分腐蚀。 题型04 金属防锈的原理和方法 原理：隔绝空气和水 方法：①保持铁制品的洁净和干燥。 ②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）。 ③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。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。 【解析】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。 【变式4-1】下列做法正确的是 A．用黄铜形状记忆合金制成人造卫星天线 B．为了刷洗的更干净可以用钢刷擦洗铝制品 C．钢铁表面采用涂油、喷漆、镀铬等方法都能防止金属生锈 D．金属资源中只有金、银以单质形式存在 【答案】C 【解析】A、黄铜是铜和锌的合金，常用于制造装饰品或乐器，但它没有形状记忆特性。形状记忆合金（如镍钛合金）才具有“记忆”形状的能力，可用于人造卫星天线。黄铜不具备此性质，选项错误； B、铝制品表面有一层致密的氧化铝保护膜，能防止内部铝进一步腐蚀。使用钢刷（硬质刷）擦洗会破坏这层保护膜，暴露新的铝表面，导致铝更容易与氧气和水反应而腐蚀，反而缩短铝制品寿命。正确清洗铝制品应使用软布或中性清洁剂。选项错误； C、钢铁生锈是铁与氧气、水发生化学反应生成铁锈。涂油能形成油膜、喷漆能形成物理涂层、镀铬能形成致密保护层，这些方法都通过隔绝氧气和水来防止生锈，选项正确； D、在自然界中，大多数金属以化合物形式存在（如铁矿石中的、铝土矿中的）。金和银因化学性质不活泼（金属活动性顺序中排在最后），常以单质（游离态）存在，但并非只有金和银；铂（白金）等不活泼金属也以单质形式存在。选项错误； 故选C。 【变式4-2】如图是某农家乐柴火灶示意图，下列叙述不正确的是 A．生火时，先点燃树叶再放入木柴，是因为树叶燃烧不需要氧气 B．将柴草放入炉灶后要架空，有利于柴草充分燃烧 C．为防止生锈应将使用后的铁锅擦干 D．燃烧时烟囱里的气体中氧气的体积分数小于21% 【答案】A 【解析】A、任何物质燃烧都需要氧气，生火时先点燃树叶再放入木柴，是因为树叶的着火点低，容易被点燃，从而引燃木柴，该选项错误； B、将柴草放入炉灶后架空，能增大柴草与氧气的接触面积，有利于柴草充分燃烧，该选项正确； C、铁生锈是铁与氧气、水共同作用的结果，为防止生锈应将使用后的铁锅擦干，减少水分，该选项正确； D、柴草燃烧时会消耗氧气产生二氧化碳等气体，所以烟囱里的气体中氧气的体积分数小于空气中氧气的体积分数（21%），该选项正确。 故选A。 【变式4-3】某同学发现自己眼镜框中铜制部位表面有绿色的铜锈，他联想到探究铁生锈条件的实验，决定采用控制变量法探究铜生锈的原因，请你一起探究。 【提出问题】铜生锈的原因是什么？ 【查阅资料】铜锈的主要成分是，俗称铜绿。 【猜想与假设】 （1）根据查阅的资料猜测：铜生锈是铜与空气中的氧气、水和 共同作用的结果。 【设计与实验】 他仿照探究铁生锈条件的实验，设计并进行了如下四个实验（说明：实验中用到的蒸馏水 均已煮沸过且铜丝已打磨干净）。 编号 ① ② ③ ④ ⑤ 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 无明显现象 【解释与结论】 （2）实验中使用“经煮沸迅速冷却的蒸馏水”，其目的是 。 （3）得出“铜生锈一定与CO2有关”的结论，依据的两个实验是 和 （填编号）。 （4）对比实验②和③，得出的结论是 。 （5）为验证猜想，应在实验⑤瓶中添加物质 。 （6）由上述实验可推知，铜生锈的条件是 。 【反思与应用】 （7）结合上述实验，你对保存铜制品的建议是 。 【答案】 （1）二氧化碳/CO2 （2）除去水中溶解的氧气 （3） ① ③ （4）铜生锈需要氧气 （5）氧气和二氧化碳 （6）铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果 （7）保持铜表面干燥洁净（合理即可） 【解析】 （1）铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3，含有铜元素、碳元素、氧元素和氢元素，根据质量守恒定律，化学变化前后元素的种类不变，则反应物中含有铜元素、碳元素、氧元素和氢元素，空气中的O2和H2O中含有氧元氧元素和氢元素，空气中能提供碳元素的时二氧化碳，所以铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果； （2）气体的溶解度随温度的升高而减小，实验中使用“经煮沸迅速冷却的蒸馏水”，其目的是除去水中溶解的氧气； （3）“铜生锈一定与CO2有关”则实验控制的因素是二氧化碳，实验①中铜只与氧气和水接触不生锈，实验③铜与氧气、水和二氧化碳同时接触生锈，所以对比实验①和③，得出“铜生锈一定与CO2有关”的结论； （4）实验②铜只与水和二氧化碳接触不生锈，实验③铜与氧气、水和二氧化碳同时接触生锈，对比实验②和③，得出结论“铜生锈需要氧气”； （5）对比实验①和③，得出“铜生锈需二氧化碳”的结论，对比实验②和③，得出结论“铜生锈需要氧气”，则还需探究的影响因素是水，所以实验⑤瓶中添加的物质是氧气和二氧化碳； （6）对比实验①和③，得出“铜生锈需二氧化碳”的结论，对比实验②和③，得出结论“铜生锈需要氧气”，对比实验③和⑤，地出“铜生锈需水”的结论，所以由上述实验可推知，铜生锈的条件是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果； （7）铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果，防锈的措施是隔绝铜氧气、水和二氧化碳，故铜制品保存时保持其表面干燥洁净。 题型05 金属资源的保护措施 1． 保护金属资源的重要性 ①金属资源是有限的。 ②废旧金属的随意丢弃，不仅会造成资源浪费，还会造成环境污染。 2． 保护金属资源的有效途径 ①防止金属锈蚀 。 ②废旧金属回收利用。 ③有计划、合理地 开采矿物，严禁乱采滥挖。 ④寻找金属的代用品。日常生活中常见的替代金属材料的用品有自来水管、下水管道、门窗等，它们是由金属材料改为塑料管或塑铝管、塑钢门窗。塑铝和塑钢属于特殊塑料，不是金属材料。 【典例5】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5-1】“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5-2】分类和类比是学习化学的常用方法。 (1)防止金属的腐蚀是保护金属资源的主要途径之一、请从体现防锈原理的角度， 将D和 分成一类，分类标准是： 。 A．自行车车圈电镀上一层金属 B．将铁制成不锈钢 C．铁锅使用后擦干表面的水分 D．铁制品表面喷漆 (2)到了高中我们就会知道：在化学反应前后，有元素化合价升降的反应属于氧化还原反应。据此我们可以推断出，金属和金属化合物溶液发生的置换反应 (填“属于”或“不属于”)氧化还原反应；物质发生的分解反应与氧化还原反应之间的关系可以用下图中的 图表示(填字母)。 【答案】(1) A 隔绝氧气和水 (2) 属于 A 【解析】（1）A、镀金属能隔绝氧气和水，从而防止金属生锈； B、将铁制成不锈钢，能改变金属内部结构，从而防止金属生锈； C、擦干水分能使金属保持干燥，进而防止金属生锈； D、在金属表面喷漆，能隔绝氧气和水，从而防止金属生锈。 则可将A和D分成一类，其原理均为隔绝氧气和水。 （2）单质中元素的化合价为零，但化合物中元素的化合价不为零，则金属和金属化合物溶液发生的置换反应中有元素化合价改变，则属于氧化还原反应； 分解反应中可能有元素化合价改变，也可能元素化合价不变，则可能属于氧化还原反应，也可能不属于氧化还原反应，两者属于交叉关系，故选A。 【变式5-3】2025年“九·三”抗战胜利日阅兵式，集中展示中国国防科技的最新成果，向世界彰显中国新时代强军兴军的辉煌成就。强大的祖国在深空、深地、深蓝等领域也取得了令世界屏息惊艳的成就。 (1)坦克装甲应用的材料主要是锰钢，该金属材料应具有的物理性质是________。 A．密度小，硬度大 B．韧性好，硬度大 C．抗腐蚀性好 (2)5G基站的建立是深蓝网络空间领域数字基础的有力支撑，基站配有的铅酸蓄电池在放电时，可将 能转化为电能，确保基站设施不间断供电。 (3)金属矿物储量有限，而且不能再生。我们需要保护金属资源，保护金属资源有效途径之一是回收利用废旧金属，将废旧电池回收，既可以 ，又可以节约金属资源。 (4)化学与生活密切相关。自行车是绿色出行的交通工具，在支架表面喷漆，是为了防止其与空气中的 （写名称）发生反应而生锈，铁锈的主要成分是 （写化学式）。 【答案】(1)B (2)化学 (3)减少对环境的污染 (4) 氧气和水 【解析】（1）物质不需要发生化学变化就表现出来的性质叫做物理性质，坦克装甲应用的材料主要是锰钢，则该金属材料应具有的物理性质是韧性好、硬度大，故选：B； （2）铅酸蓄电池在放电时，可将化学能转化为电能； （3）保护金属资源的有效途径之一是回收利用废旧金属，将废旧电池回收，既可以减少对环境的污染，又可以节约金属资源； （4）在自行车支架表面喷漆，是为了防止其与空气中的氧气和水发生反应而生锈，铁锈的主要成分是氧化铁，其化学式为。 题型06 废弃金属的回收利用 废金属的概述 主要指冶金工业、金属加工业产生的金属碎屑和碎块，以及日常生活中锈蚀和报废的金属器具等 废金属的危害 ①造成资源浪费；②污染环境 回收利用废金属的意义 ①节约铁矿石等资源；②节约能源；③减少环境污染 【典例6】地球上可利用的自然资源是有限的，下列有关资源的说法正确的是 A．空气是一种宝贵的资源，空气有自净能力，无需监测 B．大量使用化石燃料对环境没有污染 C．城市绿化采用节水灌溉方式，保护水资源 D．回收废旧金属不能节约金属资源 【答案】C 【解析】A、空气是一种宝贵的资源，且空气有自净能力，但是自净能力有限，需要监测，预防空气污染，不符合题意； B、大量使用化石燃料，会产生二氧化硫等污染物，污染空气，不符合题意； C、城市绿化采用节水灌溉方式，可以节约用水，保护水资源，符合题意； D、回收废旧金属可以重新提炼和利用，减少对新矿石的开采，从而节约金属资源，不符合题意。 故选C。 【变式6-1】推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。下列措施与此理念不相符的是 A．农业上杜绝施用农药，防止污染自然环境 B．减少使用一次性木筷，倡导低碳生活 C．生活污水集中处理、排放，防治水污染 D．废旧金属回收利用，保护金属资源 【答案】A 【解析】A、农药用于防治病虫害，但过量使用会污染土壤和水源，破坏生态平衡。绿色发展理念提倡合理减少农药使用（如使用生物农药或综合防治），而非“杜绝”。因为完全不用农药可能导致病虫害泛滥，影响粮食产量，反而加剧环境压力（如开垦更多土地），故不符合绿色发展理念。符合题意； B、一次性木筷消耗森林资源，增加碳排放（生产过程中需能源）。减少使用可节约木材、减少垃圾，降低碳足迹，符合绿色发展和低碳生活理念（资源节约和减少污染）。不符合题意； C、生活污水含有机物和有害物质，直接排放会污染水体（如河流、湖泊），集中处理（如沉淀、过滤、消毒）可去除污染物，防治水污染，保护水资源，符合绿色发展理念。不符合题意； D、回收利用可减少新矿开采，节约资源，降低污染，符合资源循环利用和绿色发展理念。不符合题意； 【变式6-2】铁是应用最广泛的金属。下列有关说法正确的是(　　) A．炼铁原理是用合适的物质将单质铁转化为氧化铁 B．将生铁中的大部分碳反应除去得到的钢是纯净物 C．铁制品高温处理后，表面形成的致密氧化膜有防腐作用 D．日常生活中的废旧铁制品直接填埋处理 答案　C 【解析】炼铁原理是用合适的物质将氧化铁(或其他铁的氧化物)转化为单质铁，A错误；钢是一种铁合金，其含碳量为0.03%～2%，是由多种物质组成的，属于混合物，B错误；铁制品高温处理后，表面形成的致密氧化膜可以隔绝铁与氧气和水的接触，从而阻止内部的铁进一步锈蚀，C正确；日常生活中的废旧铁制品不能直接填埋处理，要回收利用，这样既能节约金属资源，又能减少环境污染，D错误。 【变式6-3】随着我国工业化进程加快，金属废料的产生量持续增加，如何回收利用金属废料已成为重要课题。某实践小组在老师的带领下在一个机械厂进行研学活动，并对金属废料随意丢弃的危害、成分及回收处理和减少产生的途径展开了项目式探究。 任务一：分析金属废料随意丢弃的危害 【咨询交流】 (1)同学们从机械厂工作人员处了解到，厂内产生的废钢屑、废切削液等含铅、镉等有毒金属，该金属废料随意丢弃的危害是 。 任务二：认识某金属废料成分及回收处理 【提出问题】该机械厂产生的某类金属废料中是否含有？ 【进行实验】 (2)同学们取该金属废料初步处理后，设计了如下实验方案： 实验步骤 实验现象 实验结论 ①取少量金属废料于试管中，加入足量 固体部分溶解，有气泡产生，溶液变为蓝色 有 ②取步骤①中剩余固体于另一试管中，并加入硝酸银溶液 有 【分析讨论】 (3)步骤①中发生反应的化学方程式为 (写一个)。 (4)通过该金属废料回收的金属铜在生产生活中的一种用途是 。 任务三：调查减少金属废料产生的途径 【查阅资料】钢材锈蚀是机械厂产生金属废料的原因之一，“发蓝处理”是防止钢铁锈蚀的重要途径，其原理是通过化学反应使钢件表面生成致密的氧化膜。某研究小组针对2份相同的钢件，用两种“发蓝处理”工艺进行处理，记录数据如下表：对2份“发蓝处理”后的钢件进行清洁并在溶液中浸泡相同时间后，取出曝露在空气中，观察钢件表面的锈蚀情况如图所示： 发蓝工艺 处理温度 时间 氧化膜外观 热碱发蓝 左右 厚度适中，色泽均匀 常温发黑 左右 厚度适中，色泽均匀 【交流讨论】 (5)分析表中信息可知，常温发黑工艺的优点是 。 (6)分析图像，可得出的结论是 。 (7)为进一步检验上述过程中形成的氧化膜是否致密，可往处理后的钢件上喷洒硫酸铜溶液，一段时间后，若观察到 ，则钢件表面没有形成致密氧化膜，还需进一步处理。 【答案】(1)污染土壤和水源 (2) 稀盐酸 有银白色固体析出，溶液由无色变为蓝色 (3)或 (4)制作导线（合理即可） (5)处理温度低，耗时短 (6)在“发蓝处理”得到相同外观的氧化膜的条件下，与热碱发蓝工艺相比，常温发黑工艺得到的钢件出现锈蚀所需时间更长，且相同曝露时间内钢件锈蚀面积更小，耐腐蚀性能更强 (7)钢件表面出现红色斑点 【解析】（1）厂内产生的废钢屑、废切削液等含铅、镉等有毒金属，则该金属废料随意丢弃的危害是污染土壤和水源等； （2）①根据实验结论该金属废料中含有，根据实验现象固体部分溶解，有气泡产生，溶液变为蓝色，锌能与稀盐酸反应生成氯化锌和氢气，氧化铜能与稀盐酸反应生成氯化铜和水，则实验步骤为取少量金属废料于试管中，加入足量稀盐酸； ②根据实验结论该金属废料中含有Cu，则实验步骤②取步骤①中剩余固体于另一试管中，并加入硝酸银溶液，铜与硝酸银反应生成银和硝酸铜，实验现象为有银白色固体析出，溶液由无色变为蓝色； （3）由第（2）小问分析可知，步骤①中发生的反应是锌与稀盐酸反应生成氯化锌和氢气，氧化铜与稀盐酸反应生成氯化铜和水，化学方程式为或； （4）铜具有良好的导电性，则通过该金属废料回收的金属铜在生产生活中的一种用途是制作导线； （5）由表格数据可知，常温发黑工艺的优点是处理温度低，耗时短； （6）由图可知，在“发蓝处理”得到相同外观的氧化膜的条件下，与热碱发蓝工艺相比，常温发黑工艺得到的钢件出现锈蚀所需时间更长，且相同曝露时间内钢件锈蚀面积更小，耐腐蚀性能更强； （7）为进一步检验上述过程中形成的氧化膜是否致密，可往处理后的钢件上喷洒硫酸铜溶液，铁能与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，一段时间后，若观察到钢件表面出现红色斑点，说明钢件表面没有形成致密氧化膜，还需进一步处理。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $