8. 新素养 科学探究与实践 铁是生产生活中使用最广泛的金属，但铁制品容易腐蚀生锈。
【探究一】铁制品锈蚀的条件。
步骤1:利用图1所示装置,将干燥的$\ce{O_{2}}$从导管a通入U形管(气密性良好);待U形管内充满$\ce{O_{2}}$后,将导管a、b处的止水夹$\mathrm{K}_{1}$、$\mathrm{K}_{2}$夹紧。
步骤2:一段时间后,观察U形管内三处铁丝表面的变化情况。
(1)步骤1中,观察到①处没有明显变化,②处铁丝表面有红色固体出现,说明铁制品锈蚀的条件之一是需要有
水
;③处没有明显变化,说明纯铁的抗腐蚀能力较
强
。
(2)待U形管内有明显现象后,将b导管插入水中,打开止水夹$\mathrm{K}_{2}$观察到
水沿着导管进入U形管
现象,说明该条件下铁制品锈蚀过程消耗了$\ce{O_{2}}$。
【探究二】酸性条件下铁发生腐蚀的影响因素。
将混合均匀的铁粉和炭粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图2所示),从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。
资料:炭粉不参与锥形瓶中的化学反应,醋酸溶液显酸性,不考虑高浓度醋酸与铁反应。
(3)表中实验③的目的是
探究炭粉质量对铁生锈的影响
。
(4)实验①测得容器中压强随时间变化如图3所示,图中$0∼ t_{1}$时压强增大的原因可能是
铁生锈放热
。
【拓展与应用】除了在酸性条件下,氯化钠也可能影响铁生锈的速率。按如图所示装置A、B进行实验,相同温度下,每隔一段时间测量导管中水面上升高度,实验数据如表。
(5)结合表中数据,得出氯化钠的作用是
增大
(填“增大”或“减小”)铁生锈的速率。
(6)写出一种防止铁生锈的具体方法:
保持铁制品干燥(答案合理即可)
。
解析：
【分析】
本题围绕铁制品锈蚀的探究展开，需结合控制变量法分析实验现象：（1）通过对比干燥氧气（无水）和有水氧气环境下的铁丝变化，判断锈蚀条件；纯铁与普通铁对比，分析抗腐蚀能力。（2）利用铁锈蚀消耗氧气导致装置压强减小的原理，分析打开止水夹后的现象。（3）探究影响因素时，通过实验变量确定实验目的。（4）结合铁生锈的放热性分析压强变化。（5）对比加氯化钠与不加的实验数据，判断氯化钠对生锈速率的影响。（6）根据锈蚀原理推导防锈方法。
【解析】
（1）步骤1中，①处只有干燥的氧气，无水分，铁丝未生锈；②处同时接触氧气和水，铁丝生锈，说明铁锈蚀需要水；③处为纯铁，生锈缓慢，说明纯铁抗腐蚀能力较强。
（2）铁锈蚀过程消耗U形管内的氧气，使装置内压强减小，外界大气压将水压入导管，因此打开K₂后观察到水沿着导管进入U形管。
（3）实验③中，除炭粉质量不同外，其他条件均相同，因此实验目的是探究炭粉质量对铁生锈的影响。
（4）铁生锈属于放热反应，0~t₁时，反应放热使容器内温度升高，气体受热膨胀，压强增大，因此测得容器内压强增大。
（5）由实验数据可知，加入氯化钠的装置中导管水面上升更快，说明铁生锈速率更快，因此氯化钠的作用是增大铁生锈的速率。
（6）防止铁生锈需隔绝氧气或水，具体方法如保持铁制品干燥（或刷漆、涂油、镀一层耐腐蚀金属等，合理即可）。
【答案】
8.（1）水 强 （2）水沿着导管进入U形管（3）探究炭粉质量对铁生锈的影响 （4）铁生锈放热（5）增大 （6）保持铁制品干燥(答案合理即可)
【知识点】
铁的锈蚀条件、影响铁锈蚀的因素、金属的防护
【点评】
本题以科学探究的形式考查铁生锈相关知识，重点运用控制变量法分析实验，体现了化学学科核心素养中的科学探究与实践，难度适中，能有效考查学生的实验分析能力和知识应用能力。
【难度系数】
0.5
