Question

【題目】小明對鐵的銹蝕進行如下探究．室溫時，將包有樣品的濾紙包用大頭針固定在橡膠塞上，迅速塞緊，裝置如圖．觀察到量筒內水沿導管慢慢進入廣口瓶（凈容積為146mL）．當裝置溫度恢復至室溫，且量筒內水面高度不變時讀數（此時瓶內氧氣含量近似為零）．記錄的反應起始和結束量筒的讀數以及所需時間如下表．

序號	樣品	量筒起始讀數／mL	量筒最終讀數／mL	所需時間／min
①	1g鐵粉、0.2g碳和10滴水	100	70	約120
②	1g鐵粉、0.2g碳、10滴水和少量NaCl	100	70	約70
③		－	－	－

（1）實驗①和②說明NaCl可以________（填“加快”或“減慢”）鐵銹蝕的速率．

（2）實驗開始后，廣口瓶內溫度有所上升，說明鐵銹蝕的過程是________（填“放熱”或“吸熱”）過程．

（3）實驗結束后取出濾紙包，觀察到有紅棕色物質生成，該物質主要成分的化學式是________．

（4）實驗①和③是探究碳對鐵銹蝕速率的影響，請在表格空白處填寫實驗③的樣品組成．

（5）該裝置還可用于測量空氣中氧氣的含量，根據上述數據計算氧氣的體積分數是________％（保留3位有效數字）．

（6）現僅提供：量筒、大燒杯、玻璃棒、水、濾紙包（內含1g鐵粉、0.2g碳、10滴水和少量NaCl），請你幫助小明再設計一個測量空氣中氧氣體積分數的實驗方案，在下圖框中畫出實驗裝置示意圖即可（注明濾紙包的位置）．

Answer 1

【答案】（1）加快 （2）放熱 （3）Fe2O3·xH2O （4）1g鐵粉、10滴水 （5）20.5（6）如下圖所示

【解析】鐵銹蝕的條件是與氧氣和水接觸．該實驗的設計原理：濾紙包內的鐵樣品銹蝕，消耗廣口瓶內的氧氣，導致瓶內氣壓減小，量筒中的水便進入廣口瓶內，根據實驗記錄的所需時間即可判斷鐵銹蝕的速率快慢．（1）根據表中提供的信息可知，實驗②中鐵銹蝕的速率比實驗①快，說明NaCl可以加快鐵銹蝕的速率．（2）實驗開始后，廣口瓶內溫度上升，說明鐵的銹蝕過程是放熱的．（3）實驗結束后濾紙包內的紅棕色物質是鐵銹，主要成分為Fe2O3·xH2O．（4）若用實驗①和③探究碳對鐵銹蝕速率的影響，則兩個實驗的條件除了所含碳粉不同，其他都必須相同，即實驗③的樣品組成為1g鐵粉、10滴水．（5）由于實驗結束后，瓶內氧氣含量近似為零，則進入廣口瓶內水的體積即為廣口瓶內消耗的氧氣體積，因此，該實驗測出的空氣中氧氣的體積分數為30mL／146mL×100％＝20.5％．（6）根據所提供的實驗儀器，可設計如下實驗：將濾紙包放在量筒底部，然后將量筒倒置于盛水的燒杯中，且保持量筒口在液面以下，由于鐵銹蝕消耗量筒內的氧氣，導致量筒內氣壓減小，燒杯中的水便進入量筒內，觀察到量筒內液面會上升．