1、1探究金属的腐蚀与防护问题一、金属矿物1. 存在： 地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，除少数很不活泼的金属如金、银以单质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。注意：各种金属元素在地壳中的含量不尽相同，其中含量最高的是铝，其次是铁。而人类目前向自然界提取量最大的是铁。2. 矿石： 工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。常用来炼铁的几种矿石的主要成分分别是：赤铁矿（Fe 2O3） 、菱铁矿（ FeCO3） 、磁铁矿（Fe 3O4） 。二、铁的冶炼1. 反应原理3CO+ Fe2O3 2Fe+3CO2 2. 实验装置图注意：实验开始前应首先检验一氧化碳气体的纯度，以防止不纯的 CO 气体在加热
2、过程中发生爆炸。实验开始时要先通入一氧化碳气体后加热，目的是排尽装置内的空气。实验结束后必须先停止加热，直至试管冷却后再停止通入一氧化碳气体，防止生成的铁单质再次被氧 化。一氧化碳有毒，必须有尾气处理装置。三、含杂质化学反应的计算1. 对于含杂质的物质：不管是反应物还是生成物，必须转换成纯净物的质量，如 1000t含氧化铁 80%的赤铁矿石，计算时需算出氧化铁的质量为 1000t80%800t，才能根据化学方程式进行计算。2. 不纯物质、纯净物质、纯度之间的关系：不纯物质的质量纯度纯净物的质量；纯净物的质量纯度不纯物质的质量。 （纯度即为纯净物占不纯物的质量分数） 。四、金属的锈蚀与防护1.
3、铁制品锈蚀原理：铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程，铁锈呈红褐色，其主要成分为 Fe2O3。注意：铁锈的结构比较疏松，易吸水，且透气性好，所以铁制品表面一旦生锈，如果2不能及时清除，会加速铁制品的锈蚀。2. 铁制品锈蚀的方法：除了保持铁制品表面的洁净与干燥之外，常用的方法有“穿外衣”和“打强心针” ， “穿外衣”即给金属涂上保护膜， “打强心针 ”则是改变铁制品的内部结构，比如制成合金等，来增强其自身的抗腐蚀性能。五、金属资源的保护1. 金属资源储量有限且不可再生，必须加以保护。2. 废弃金属随意丢弃，不仅造成金属资源的浪费，还会造成环境污染。3. 保护金属资源的有效途径包括：防止金
4、属锈蚀、回收利用废旧金属、合理开采金属资源、寻找金属的替代品等。例题 （江苏扬州改编）某校化学研究性学习小组通过实验研究高炉炼铁的化学原理，设计了如下实验装置：（1）已知 HCOOH CO十 H2O，浓硫酸具有吸水性，可用来干燥某些气体，碱石灰可吸收 CO2和 H2O。根据该反应制取 CO，A 处应选用的气体发生装置是_（填字母序号） 。（2）装置中仪器的名称是_；装置 B 内所盛放的试剂是_。（3）实验开始时应先点燃_ （填“A”或“C” ）处的热源；反应后 C 装置的现象是_。D 装置中发生反应的化学方程式为_；待硬质粗玻璃管内物质冷却后再停止通入 CO 的目的是_。（4）该装置有一个明显
5、的缺陷是_，改进的方法为_。解析：制取 CO，需要的药品是浓硫酸（液体）和 HCOOH（液体） ，反应条件是加热，所3以发生装置选 a；（2）仪器的名称是铁架台；a 中产生的一氧化碳气体中会含有水蒸气杂质，B 中放置浓硫酸的目的是除去气体中混有的水蒸气杂质；（3）实验开始时应先点燃A 处的热源产生一氧化碳气体，待排尽装置中的空气之后再点燃 C 处的热源， 否则会发生爆炸事故；一氧化碳还原氧化铁的现象是：红棕色固体变为黑色，产生能使澄清石灰水变浑浊的气体。故 D 中反应的化学方程式为 CO2+Ca（OH） 2CaCO 3+H 2O；待硬质粗玻璃管内物质冷却后再停止通入 CO 的目的是防止生成的铁
6、又被氧化，同时防止 D 中石灰水倒吸。（4） 一氧化碳有毒，该装置的一个明显的缺陷是没有对尾气进行处理，处理的方法是点燃或收集。答案：（1）a （2）铁架台 浓硫酸 （3）A 红棕色固体变为黑色 CO2+Ca（OH）2CaCO 3+H 2O 防止生成的铁又被氧化，同时防止 D 中石灰水倒吸 （4）没有对尾气进行处理 点燃或收集【方法提炼】平均值法在含杂质计算中的应用在实际生产过程中，原料或产物都含有一定量的杂质，在化学试题中就衍生出一种利用平均值法判断物质所含有杂质的成分或进行相关计算的试题。在数学上，我们算过求平均数的题目，可表达为：m ，且 ab0 时，2amb。我们把它引入化学计算中，能
7、使很多题目转繁为简，化难为易。这就是平均值的解题思想，解题方法可以简记为“大找小，小找大，两头找中间” 。例题 由氧化铁（Fe 2O3）及其杂质 R 组成的 混合物中，含铁元素的质量分数为 68%，则 R 可能是（ ）A. Fe B. FeO C. Fe3O4 D. FeCO3 解析：本题是一道综合性推断题。由题可知，68%为 Fe2O3和 R 中铁元素质量分数的平均值，根据平均值法的解题思路， “中”为分界点， “大”找“小” ， “小”找“大” 。 题中已知的 Fe2O3中铁元素的质量分数为 70%68%，所以 R 中所含铁元%10625素的质量分数应该小于 68%，一大一小混合才能使质量
8、分数为 68%，根据选项中各物质中铁元素的质量分数大小即可确定正确答案。答案：D（答题时间：30 分钟）1. 铁钉在下列哪种情况下最容易生锈（ ）A. 干燥的空气中 B. 潮湿的空气中 C. 浸入植物油中 D. 干燥致密的土壤中2. 下列有关金属资源的利用和保护不合理的是（ ）A. 废旧金属的回收利用是保护金属资源的有效途径之一B. 银是导电性最好的金属，应该全面取代铜、铝做导线C. 车船表面涂油漆可防止生锈4D. 炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石*3. 分别向 a、b 两支试管中加入形状和大小完全相同的铁片，再向 a 中加入植物油，均塞上橡皮塞，U 型玻璃管内为红墨水（开始时两端液面水平
9、） ，如下图所示，放置一段时间后，以下说法错误的是（ ）A. 植物油用于隔绝氧气和水B. b 中铁片更易生锈C. U 型玻璃管两端的液面变为右低左高D. U 型玻璃管两端的液面变为左低右高4. 钢铁是使用最多的金属材料，根据你的生活经验分析，下列做法错误的是（ ）A. 钢铁放在潮湿的空气中容易生锈B. 在铁插中加入硫酸铜，生石灰和水，配制农药C. 雨水淋湿的自行车，须先用干布擦拭后再用带油的布擦D. 用铁板可以制作防盗门5.（兰州）下列说法中正确的是（ ）A. 废旧电池可以随意丢弃 B. 铁矿石可以随意开采C. 被腐蚀的铁制品应该加以回收利用 D. 铁丝在氧气中燃烧生成氧化铁6. 铁在潮湿的空
10、气里会发生锈蚀，证明氧气一定参加了反应必须要做的实验是（ ）A. B. C. D. 7. 在金属表面覆盖保护膜是普遍采用的金属防锈措施之一。下列自行车的防锈措施中，不属于覆盖保护膜的是（ ）A. 擦拭保持洁净与干燥 B. 链条上油C. 轮圈镀铬 D. 车架喷漆8. 用下列矿石冶炼金属时，排放的废气容易引起酸雨的是（ ）A. 辉铜矿（主要成分 Cu2S） B. 赤铁矿（主要成分 Fe2O3）C. 磁铁矿（主要成分 Fe3O4） D. 铝 土矿（主要成分 Al2O3）9. 下图是实验室模拟工业炼铁的装置图。5（1）分别写出硬质玻璃管和试管内产生的现象。（2）金属矿物的储量有限，且不可再生。因此回收
11、利用废旧金属具有很重要的意义，请写出其中的一点。10. 金属材料应用广泛。（1）铝具有很好的抗腐蚀性能，是因为铝在空气中能与氧气反应，其表面生成一层致密的薄 膜，该反应的化学方程式为_。（2）铁合金的抗腐蚀性能比纯铁_。铁制 品锈蚀，实际上是铁跟空气中的_发生了化学反应，阻止铁锅生锈的措施之一是_。11. 看图回答下列问题：（1）上述金属制品，利用其导热性的是 （填序号） 。（2）钢铁是常用的金属材料，写出工业上用赤 铁矿（主要成分是 Fe2O3）炼铁的主要化学方程式： 。（3）铝制品比铁制品具有更好的抗腐蚀性能，是因为铝表面能生成一层 ，阻止铝进一步被氧化。（4）铁制水龙头易生锈，写一条能防
12、止铁制品生锈的方法 。12. 某化学兴趣小组用一氧化碳与氧化铁的反应来探究炼铁的原理，装置如下图所示，请回答有关问题： （1）实验进行一段时间之后，A 玻璃管内观察到的现象是 。（2）B 装置中氢氧化钠溶液的作用是 。6（3）为避免将 CO 排放到空气中，并回收利用 CO，方框中连接的是 C 和 D 装置，导管接口的连接顺序应为 a 。（4）除 CO 外，还有氢气等物质可以还原 Fe2O3，某同学设计了用金属锌粒与稀硫酸反应制取氢气的实验装置，如下图所示：制取氢气的反应方程式为 。用 E 和 F 装置制取二氧化碳，F 装置与 E 装置比较，优点是 。71. B 解析：铁生锈是铁和水、氧气共同作
13、用的结果，即铁在有水和氧气同时存在时最易生锈。在干燥的空气中缺水、浸入植物油中缺氧气和水、干燥致密的土壤中缺水和氧气，潮湿空气中存在水和氧气，铁最容易生锈。2. B 解析：由于资源和价格等问题，银不可能全面取代铜、铝做导线。3. C 解析：水不溶于植物油，空气不可透过植物油，植物油可用于隔离空气中的氧气和水蒸气，故 A 正确；b 试管中的铁打暴露在试管内的空气中，与水和氧气共同作用，更易生锈而被腐蚀，故 B 正确；由于 b 试管中的氧气和水蒸气被消耗，管内压 强减小，而 a中不易生锈，a 中压强将大于 b 中压强，导致红墨水向 b 段移动，形成左低右高的液面，故 C 错误、D 正确。4. B
14、解析：硫酸铜和熟石灰可以制取波尔多液，铁插中加入硫酸铜会发生反应生成铜和硫酸亚铁，所以 B 不能配制农药。5. C 解析：A. 废旧电池含有重金属，随意丢弃会污染环境，故错误；B. 铁矿石是不可再生资源，不可随意开采，故错误；C. 金属的回收利用是保护金属资源的一种方式，故正确。D. 铁丝在氧气中燃烧产物为四氧化三铁，故错误。6. A 解析：本题考查了铁生锈的条件。图说明铁与O 2、H 2O共同作用，图说明水不能使铁生锈，图说明氧气不能使铁生锈，要证明氧气参与反应，需要的前提是已有铁和水的环境，故选。7. A 解析：覆盖保护膜是指在铁制品表面增加防护层，阻止里面的铁直接与空气和水接触，常见的方
15、法有涂油、刷漆、电镀、烤蓝等，保持洁净和干燥是最基本的做法，不属于覆盖保护膜。8. A 解析：酸雨主要是由于废气中含有 SO2和 NO2，在空气中经复杂的大气化学反应形成酸，和雨水一起降落下来。本题中的辉铜矿中由于含有硫元素，冶炼后会产生二氧化硫气体，有可能引起酸雨。9.（1）红色粉末变黑色（红色粉末中有黑色物质生成） ；澄清石灰水变浑浊。（2）节约金属资源，节约能源，减少对环境的污染，环保，降低成本（其他表述合理也可）解析：（1）氧化铁是红色的，反应后生成的铁粉是黑色的，因此硬质玻璃管内发生的现象是红色固体变为黑色；该反应产生 CO2，通入石灰水后会使澄清石灰水变浑浊。（2）回收利用废旧金属
16、意义重大，回答时可从环境保护、节约能源、节约资源等角度作答10. （1）4Al + 3O2 2Al 2O3（2）强 氧气和水 用完后及时洗干净，擦干放于干燥处（或：使用后及时洗干净，或保持铁锅干燥，或将铁锅放在干燥处等）解析：常温下，铝能与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝，阻止铝进一步氧化，合金的抗腐蚀性质较其成分金属强，铁生锈是铁与空气中氧气和水共同作用的结果，防止铁生锈是破坏铁生锈的条件，但铁锅不能涂油漆，也不会涂油（除非是较长一段时间不用的铁锅） ，其防锈措施是使用后及时洗干净，然后擦干，放在干燥的地方。11. （1）B （2）3CO+Fe 2O3 2Fe+3CO2 （3）致密的氧化
17、物薄膜（4）在水龙头表面涂刷油漆解析：（1）铝制水壶利用了金属的导热性。 （2）CO 在高温条件下与氧化铁反应，生成铁和二氧化碳，其反应的化学方程式为 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。 （3）铝制品比铁制品具有更好的抗腐蚀性能，是因为铝表面能生成一层致密的氧化物 薄膜，阻止铝进一步被氧8化。 （4）采取在水龙头表面涂刷油漆或镀上其他金属等方法，都可使铁与空气中的水和氧气隔绝，而达到防止锈蚀的目的。12.（1）红色固体逐渐变成黑色固体（2）吸收反应生成的二氧化碳（或除去一氧化碳中的二氧化碳）2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O （3）dbe （4）Zn + H2SO4 ZnSO
18、4 + H2 随开随用，随关随停（或节约药品）解析：氧化铁是红色固体，高温下一氧化碳还原氧化铁得到的铁粉是黑色的，所以实验中玻璃管中的固体由红色变成黑色，根据实验装置图分析，实验中对尾气中的一氧化碳是先收集然后再利用，为了收集到较纯净的一氧化碳，用氢氧化钠溶液吸收反应生成的二氧化碳，即 B 装置中氢氧化钠的作用是吸收反应生成的二氧化碳。C 装置是用排水法收集一氧化碳，所以气体应该由导管 d 通入，b 和 e 相连。实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，E 装置中稀硫酸需将长颈漏斗下端浸没，否则气体从长颈漏斗中逸出，无法收集到氢气，所以需较多量的稀硫酸，同时无法控制反应的发生与停止，对药品的浪费较严重，F 装置用试管代替锥形瓶，虽然同样要浸没长颈漏斗的下端，但酸液的量较小，另一方面使用了多孔隔板，实验时可通过打开或关闭导管上的止水夹，使反应进行或停止，因此该装置可随开随用，随关随停，节约药品。
