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高中三年级化学

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首页 高中三年级化学知识 氧化铁 金属的电化学腐蚀 测定物质组成、成分含量 设计实验方案及探究实验 试题正文
  • 实验题
    全世界每年被腐蚀损耗的钢铁约占全年钢铁产量的1/10，而在潮湿空气中发生吸氧腐蚀是钢铁腐蚀的主要 原因。
    (1)在潮湿空气中，钢铁发生吸氧腐蚀转化为Fe(OH)2的电池反应方程式为________________。
    (2)已知草酸(H2C2O4)分解的化学方程式为：H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O，下列装置中，可用作草酸分解制取气体的是_________。（填字母）

    (3)某实验小组为测定铁锈样品的组成（假定铁锈中只有Fe2O3·nH2O和Fe两种成分）。利用草酸分解产生的CO和铁锈反应，实验装置如下图所示。

    ①为得到干燥、纯净的CO气，洗气瓶A、B中盛放的试剂分别是________、__________。
    ②在点燃酒精灯之前应进行的操作是：
    (a)检查装置气密性；(b)___________________。
    ③准确称量样品的质量10.00 g置于硬质玻璃管中，充分反应后冷却、称量（假设每步均完全反应），硬质玻璃管中剩余固体质量为8.32 g，D中浓硫酸增重0.72 g，则n=___________。
    ④在本实验中，下列情况会使测定结果n偏大的是__________。（填字母）
    a．缺少洗气瓶B b．缺少装置E c．反应后固体是铁和少量Fe2O3·nH2O
    本题信息：2011年江苏模拟题化学实验题难度极难 来源:于丽娜
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本试题 “全世界每年被腐蚀损耗的钢铁约占全年钢铁产量的1/10，而在潮湿空气中发生吸氧腐蚀是钢铁腐蚀的主要 原因。(1)在潮湿空气中，钢铁发生吸氧腐蚀转化为Fe(OH)2的...” 主要考查您对

氧化铁

金属的电化学腐蚀

测定物质组成、成分含量

设计实验方案及探究实验

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氧化铁：

化学式Fe2O3，溶于盐酸，为红棕色粉末。其红棕色粉末为一种低级颜料，工业上称氧化铁红，用于油漆、油墨、橡胶等工业中，可做催化剂，玻璃、宝石、金属的抛光剂，可用作炼铁原料。
(1)色态：红色粉末，俗称铁锈(铁红)
(2)溶解性：溶于盐酸、稀硫酸生成+3价铁盐；难溶于水，不与水反应。
(3)氧化性：高温下被CO、H2、Al、C、Si等还原


氧化铁的化学性质：

  1. 铝热反应：2Al+Fe2O3=(高温)=Al2O3+2Fe
  2. 与强酸反应：Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O
  3. 与还原性酸（HI）反应：Fe2O3+6H++2I-==2Fe2++3H2O+I2

铁的氧化物：

化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 —— 铁红 磁性氧化铁
色态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体
铁的价态 +2 +3 +2、+3
水溶性 不溶 不溶 不溶
与酸反应 FeO+2H+==Fe2++H2O Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+==Fe2++2Fe3++4H2O
用途 玻璃色料 油漆、颜料 做颜料和抛光剂
氧化性 高温时都能与C、CO、H2反应，被还原生成Fe单质

金属的腐蚀:

1．金属腐蚀的概念金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
2．金属腐蚀的实质金属原子(M)失去电子而被氧化的过程。
M-ne-==M n+

金属的电化学腐蚀:

不纯的金属或合金因发生原电池反应而造成的腐蚀。最普遍的钢铁腐蚀是：
负极：2Fe-4e-=2Fe2+
正极：O2+2H2O+4e-=4OH- （注：在少数情况下，若周围介质的酸性较强，正极的反应是：2H++2e-=H2↑）
金属的腐蚀以电化腐蚀为主.例如,钢铁生锈的主要过程为

(1)吸氧腐蚀：金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀。
①发生条件：水膜的酸性很弱或呈中性
②反应本质：形成原电池
③铁为负极，（氧化反应）；正极反应：（还原反应）
(2)析氢腐蚀：在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。
①发生条件：水膜的酸性较强
②反应本质：形成原电池
③铁为负极，（氧化反应）；正极反应：（还原反应）


钢铁的电化学腐蚀的两种类型：


金属腐蚀快慢的判断：

金属腐蚀的快慢与下列两个因素有关：
(1)与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。
(2)与金属所接触的电解质溶液的性质有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般来说，可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀> 化学腐蚀>有防护措施的腐蚀


 定量实验介绍：


燃烧法测定氨基酸的组成：

实验室用燃烧法测定某种氨基酸（CxHyOzNp）的分子组成。取Wg该种氨基酸放在纯氧中充分燃烧，生成CO2、H2O和N2。现按下图所示装置进行实验。

①实验开始时，首先要通入一段时间的氧气，目的是排除体系中的N2。
②D装置的作用是吸收未反应的O2，保证最终收集的气体是N2。
③读取N2体积时，应注意：量筒内液面与广口瓶中的液面相持平视线与凹液面最低处相切。
④实验中测得N2的体积为ＶmL(已折算为标准状况)。为确定此氨基酸的分子式，还需要的有关数据为生成二氧化碳气体的质量、生成水的质量、氨基酸的相对分子质量

用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对原子质量：
实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对原子质量，反应的化学方程式为:2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O
(1)如果选用测定反应物CuO和生成物H2O的质量[m(CuO)、m(H2O)]时，请用下列仪器设计一个简单的实验方案。
装置图：
 
①连接顺序为：bcacd
②d中浓硫酸的作用是吸收未反应的氨、防止空气中水分进入；实验完毕时观察到a中的现象是固体由黑色转变为红色；
③Cu的相对原子质量的表达式

化学实验方案的设计：

1．概念：化学实验方案的设计是在实施化学实验之前．根据化学实验的目的和要求，运用相关的化学知识和技能，对实验的仪器、装置和方法所进行的一种规划。
2．实验方案设计的基本要求
(1)科学性：实验原理、实验操作程序和方法必须科学合理。
(2)安全性：尽量避免使用有毒药品和进行有一定危险性的实验操作，保护人身安全，保护仪器。
(3)可行性：实验所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有条件下能满足要求。
(4)简约性：方案简单易行，尽可能采用简单的实验装置，较少的实验步骤和药品。还应遵循完成实验所用时间较短，副反应少，效果好等基本要求。
(5)经济性：综合考虑原料的用量和价格。
3．化学实验设计的基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：
(1)实验名称；
(2)实验目的；
(3)实验原理；
(4)实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格；
(5)实验装置图、实验步骤和操作方法；
(6)实验注意事项；
(7)实验现象的记录及结果处理；
(8)问题与讨论。
4．化学实验方案设计的基本思路

(1)明确目的、原理首先必须认真审题，明确实验的目的，弄清题目有哪些新的信息，结合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。
(2)选择仪器、药品根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件(如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器、反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定的范围内等)，合理选择化学仪器和药品。
(3)设汁装置、步骤根据实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应既完整又简明。
(4)记录现象、数据根据观察，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。
(5)分析得出结论根据实验观察到的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等，得出正确的结论。


化学实验方案设计的分类：

1．物质性质实验方案的设计研究物质性质的基本方法：观察法、实验法、分类法、比较法等。研究物质性质的基本程序：观察外观性质一预测物质性质一实验和观察一解释及结论。图示如下：

在进行性质实验方案的设计时，要充分了解物质的结构、性质、用途与制法之间的相互关系，要根据物质的结构特点，设计化学实验方案来探究或验证物质所具有的一些性质：
2．物质制备实验方案的设计

制备实验方案的设计，应遵循以下原则
(1)条件合适，操作简便；
(2)原理正确，步骤简单；
(3)原料丰富，价格低廉；
(4)产物纯净，污染物少。制备实验方案的设计，主要涉及原料、基本化学反应原理，实验程序和仪器、设备。核心是原料，由原料可确定反应原理，推导出实验步骤及所用仪器。
3．物质检验实验方案的设计

通过特定的反应现象，推断被检验物质是否存在。在对物质进行检验或鉴别时，一般的原则是：
①给出n 种物质进行鉴别，一般只需检验n一1种即可；
②物理和化学方法可并用，一般先用物理方法(如物质的颜色、气味、水溶性等)，再用化学方法；
③设计的实验步骤越简单越好，实验现象越明显越好；
④有干扰离子存在时，应先排除干扰，以免得出错误的结论；
⑤进行检验的一般步骤为：观察外表一一加热固体(确定是否有结晶水)——配成溶液——观察外观一一加入试剂——观察现象——得出结论。

化学实验方案的评价：

对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断，要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。
1．从可行性方面对实验方案作出评价科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法的要求，在实际操作时能否做到可控易行。评价时，可从以下4个方面分析：
(1)实验原理是否正确、可行；
(2)实验操作是否安全、合理；
(3)实验步骤是否简单、方便；
(4)实验现象是否明显。
2．从“绿色化学”视角对实验方案作出评价 “绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价：
(1)反应原料是否易得、安全、无毒；
(2)反应速率是否适巾；
(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高；
(4)合成过程中是否造成环境污染。
3．从安全性方面对实验方案作出评价从安全角度常考虑的主要因素如下：
(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸；
(2)使用某些易燃易爆品进行实验时要防爆炸(如 H2还原CuO应先通H2可燃性气体点燃前先验纯等)；
(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)；
(4)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的)；
(5)冷凝回流（有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)；
(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；
(7)仪器拆卸的科学性与安全性(可从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)；
(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序等)。


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