Question

小林同學發現銅制眼睛框表面出現了綠色物質，通過化學學習知道該物質為銅銹，俗稱銅綠，主要成分是Cu₂（OH）₂CO₃．
[提出問題]銅在什么條件下銹蝕的？
[猜想]根據銅銹的化學式，猜想銅生銹可能是銅和水、、共同作用的結果．
[設計與實驗]借鑒“鐵釘銹蝕條件的探究”實驗，小林設計了“銅片銹蝕條件的探究”實驗如圖所示．
（1）實驗較長時間后，發現試管中的光亮銅片最先生銹（填字母編號）．
（2）從優化實驗的角度考慮，A實驗是多余的，它只考慮了水這個單一條件．C試管中除光亮銅片、蒸餾水外，還有的另外一種物質為．
（3）D試管中除光亮的銅片外，還有的另外兩種物質為、；從D試管的實驗中，獲得的結論是．
[評價與改進]我認為小林設計的“銅片銹蝕條件的探究”實驗不夠完善，要得出正確結論，還要補充的一個實驗是（可圖示）．

Answer 1

【答案】分析：由銅綠的化學式Cu₂（OH）₂CO₃，得知銅綠由Cu、C、H、O四種元素組成，在此認識基礎上對銅生銹的條件進行合理地、大膽地猜測，然后依據猜測，結合“鐵釘銹蝕條件的探究”獲得的技能，對“銅片銹蝕條件的探究”的設計方案進行評價與改進．本題涉及方案的設計、評價與改進，題目難度較大．
解答：解：[猜想]由組成銅綠的四種元素，依據質量守恒的思想，其中C元素來自空氣中的二氧化碳氣體、H元素來自水，而O元素則可能來自二氧化碳、水或者占空氣體積分數21%的氧氣．故答：氧氣、二氧化碳．

（1）圖A中上層的油層隔離了空氣，其中的銅片也就只與水接觸，遠遠不能滿足銅銹蝕條件，因此放置時間再長也不會出現銹蝕；故不選A試管．
圖B，試管中有水且敞口放置，其中銅片與水、二氧化碳、氧氣都接觸，應該是四只試管中最能滿足銹蝕條件的，因此應該最先生銹；故選B．
圖C，試管內有水和空氣，但因管口塞住，不能與外界空氣產生氣體交換，就會因二氧化碳量不足很難甚至不能出現生銹；故不選C．
圖D，試管內因缺少水，不滿足銅片銹蝕條件，不會出現生銹現象；故不選D．

（2）C管內是銅、水、少量空氣，空氣中二氧化碳氣體含量很少可忽略其存在，因此可認為銅片只和水、氧氣接觸；故答：氧氣．

（3）猜想銅片生銹應與水、氧氣、二氧化碳相關，在探究實驗中每只管內只控制一種物質，而D管中明顯沒有水，因此應設計為充滿氧氣和二氧化碳的混合氣體．故答：氧氣、二氧化碳．

[評介與改進]題圖所提供的四只試管，A管因只有水而被去除，B管內為二氧化碳、氧氣和水，C管內為氧氣和水，D管內為二氧化碳和氧氣，綜合起來就能發現缺少一組對比：銅片與水和二氧化碳接觸而無氧氣的影響．故設計如圖：
點評：本題的需控變量（水、二氧化碳和氧氣）較多，方案設計就更為復雜，所以，把“鐵釘銹蝕條件的探究”進行技能移植顯得尤其重要．知識的遷移能力在此得到突出展示．