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10. 为完成“研究钢铁防护的方法”
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的实践性作业,学习小组查得资料:钢铁膜化处理是钢铁防护的重要方法,其目的是在钢铁表面形成致密、均匀的保护膜。检验膜的抗腐蚀性能要做“滴铜实验”,即往钢铁表面滴加含硫酸铜的腐蚀剂,60 s后钢铁表面才出现红色物质,表明抗腐蚀性能达标,且越迟出现红色物质越好。请和小组同学使用某种膜化剂开展如下研究。
Ⅰ.验证膜的抗腐蚀性能
【实验1】将有膜化和未膜化的薄钢片分别进行滴铜实验,有膜化的薄钢片出现红色物质的时间明显推迟。
(1)出现红色物质的原因是
(用化学方程式表示)。
(2)有膜化的薄钢片出现红色物质的时间明显推迟,其原因是
Ⅱ.探究膜化条件对膜层外观的影响
【实验2】其他条件相同时,将薄钢片放入pH=3(pH 用于表示溶液酸碱性强弱的程度)、不同温度的膜化剂中浸泡20 min,观察钢片表面形成的膜层外观。结果如下表:
【实验3】已知pH≥3.5时,膜化剂不稳定。
其他条件相同时,将薄钢片放入60 ℃、不同pH的膜化剂中浸泡20 min,观察钢片表面形成的膜层外观。结果如下表:
(3)实验3的目的是
(4)根据实验2、实验3的结果,膜层外观符合要求的温度、pH的范围依次为
Ⅲ.确定抗腐蚀性能较好的膜化条件
【实验4】依次选取实验2、实验3膜层外观符合要求的钢片进行对比实验,分别确定适宜的温度、pH。
(5)实验4中,确定适宜温度的实验方案是
。
Ⅳ.实践反思
(6)反思上述实践活动,提出一个关于钢铁膜化处理可进一步探究的问题:
。
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的实践性作业,学习小组查得资料:钢铁膜化处理是钢铁防护的重要方法,其目的是在钢铁表面形成致密、均匀的保护膜。检验膜的抗腐蚀性能要做“滴铜实验”,即往钢铁表面滴加含硫酸铜的腐蚀剂,60 s后钢铁表面才出现红色物质,表明抗腐蚀性能达标,且越迟出现红色物质越好。请和小组同学使用某种膜化剂开展如下研究。
Ⅰ.验证膜的抗腐蚀性能
【实验1】将有膜化和未膜化的薄钢片分别进行滴铜实验,有膜化的薄钢片出现红色物质的时间明显推迟。
(1)出现红色物质的原因是
Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu
(用化学方程式表示)。
(2)有膜化的薄钢片出现红色物质的时间明显推迟,其原因是
腐蚀剂将致密的保护膜破坏需要一定的时间(合理即可)
。Ⅱ.探究膜化条件对膜层外观的影响
【实验2】其他条件相同时,将薄钢片放入pH=3(pH 用于表示溶液酸碱性强弱的程度)、不同温度的膜化剂中浸泡20 min,观察钢片表面形成的膜层外观。结果如下表:
【实验3】已知pH≥3.5时,膜化剂不稳定。
其他条件相同时,将薄钢片放入60 ℃、不同pH的膜化剂中浸泡20 min,观察钢片表面形成的膜层外观。结果如下表:
(3)实验3的目的是
探究不同pH的膜化剂对钢片表面形成的膜层外观的影响
。(4)根据实验2、实验3的结果,膜层外观符合要求的温度、pH的范围依次为
60~70 ℃
、2.5~3.0
。Ⅲ.确定抗腐蚀性能较好的膜化条件
【实验4】依次选取实验2、实验3膜层外观符合要求的钢片进行对比实验,分别确定适宜的温度、pH。
(5)实验4中,确定适宜温度的实验方案是
取60~70 ℃膜化处理后的钢片,分别进行滴铜实验,观察记录钢片表面从滴入腐蚀剂到开始出现红色物质的时间
。
Ⅳ.实践反思
(6)反思上述实践活动,提出一个关于钢铁膜化处理可进一步探究的问题:
膜化剂浓度对钢铁膜化处理效果有何影响(合理即可)
。
答案
$ \mathrm {Fe} + \mathrm {CuSO}_{4} = \mathrm {FeSO}_{4} + \mathrm {Cu}$
腐蚀剂将致密的保护膜破坏需要一定的时间（合理即可）
探究不同pH的膜化剂对钢片表面形成的膜层外观的影响
$60∼70\ °\mathrm{C}$
2.5∼3.0
取$60∼70\ °\mathrm{C}$膜化处理后的钢片，分别进行滴铜实验，观察记录钢片表面从滴入腐蚀剂到开始出现红色物质的时间
膜化剂
浓度对钢铁膜化处理效果有何影响（合理即可）
腐蚀剂将致密的保护膜破坏需要一定的时间（合理即可）
探究不同pH的膜化剂对钢片表面形成的膜层外观的影响
$60∼70\ °\mathrm{C}$
2.5∼3.0
取$60∼70\ °\mathrm{C}$膜化处理后的钢片，分别进行滴铜实验，观察记录钢片表面从滴入腐蚀剂到开始出现红色物质的时间
膜化剂
浓度对钢铁膜化处理效果有何影响（合理即可）
解析
【分析】
本题为钢铁膜化处理的实验探究题，需结合金属活动性顺序、实验变量控制、实验目的分析等思路解答。对于每个小问，先明确问题指向：(1)红色物质为铜，利用铁与硫酸铜的置换反应分析；(2)膜化钢片有保护膜，需先破坏保护膜才会反应；(3)实验3仅改变pH，据此分析目的；(4)从实验结果提取符合要求的温度、pH范围；(5)确定适宜温度需对比外观符合的温度的抗腐蚀性能；(6)围绕膜化处理的影响因素提出可探究问题。
【解析】
(1) 红色物质是铜，铁的金属活动性强于铜，铁与硫酸铜发生置换反应生成硫酸亚铁和铜，化学方程式为$\mathrm{Fe} + \mathrm{CuSO}_{4} = \mathrm{FeSO}_{4} + \mathrm{Cu}$；
(2) 有膜化的薄钢片表面有致密保护膜，滴加含硫酸铜的腐蚀剂后，腐蚀剂需要先破坏该保护膜，铁才能与硫酸铜反应，因此出现红色物质的时间明显推迟；
(3) 实验3中其他条件相同，仅改变膜化剂的pH，目的是探究不同pH的膜化剂对钢片表面形成的膜层外观的影响；
(4) 根据实验2结果，膜层外观符合要求的温度范围为$60∼70\ °\mathrm{C}$；根据实验3结果，符合要求的pH范围为2.5~3.0；
(5) 确定适宜温度需对比抗腐蚀性能，方案为：取$60∼70\ °\mathrm{C}$膜化处理后的钢片，分别进行滴铜实验，观察记录钢片表面从滴入腐蚀剂到开始出现红色物质的时间；
(6) 可围绕膜化处理的其他影响因素提出问题，如膜化剂浓度对钢铁膜化处理效果有何影响（合理即可）。
【答案】
$\mathrm{Fe} + \mathrm{CuSO}_{4} = \mathrm{FeSO}_{4} + \mathrm{Cu}$；腐蚀剂将致密的保护膜破坏需要一定的时间（合理即可）；探究不同pH的膜化剂对钢片表面形成的膜层外观的影响；$60∼70\ °\mathrm{C}$；2.5~3.0；取$60∼70\ °\mathrm{C}$膜化处理后的钢片，分别进行滴铜实验，观察记录钢片表面从滴入腐蚀剂到开始出现红色物质的时间；膜化剂浓度对钢铁膜化处理效果有何影响（合理即可）
【知识点】
金属的腐蚀与防护、化学方程式书写、实验探究设计
【点评】
本题以钢铁膜化处理为载体，综合考查金属活动性、实验变量分析、实验方案设计等能力，需结合实验目的和数据推导结论，是初中化学典型的实验探究类题目，侧重考查学生的逻辑分析能力。
【难度系数】
0.5
本题为钢铁膜化处理的实验探究题，需结合金属活动性顺序、实验变量控制、实验目的分析等思路解答。对于每个小问，先明确问题指向：(1)红色物质为铜，利用铁与硫酸铜的置换反应分析；(2)膜化钢片有保护膜，需先破坏保护膜才会反应；(3)实验3仅改变pH，据此分析目的；(4)从实验结果提取符合要求的温度、pH范围；(5)确定适宜温度需对比外观符合的温度的抗腐蚀性能；(6)围绕膜化处理的影响因素提出可探究问题。
【解析】
(1) 红色物质是铜，铁的金属活动性强于铜，铁与硫酸铜发生置换反应生成硫酸亚铁和铜，化学方程式为$\mathrm{Fe} + \mathrm{CuSO}_{4} = \mathrm{FeSO}_{4} + \mathrm{Cu}$；
(2) 有膜化的薄钢片表面有致密保护膜，滴加含硫酸铜的腐蚀剂后，腐蚀剂需要先破坏该保护膜，铁才能与硫酸铜反应，因此出现红色物质的时间明显推迟；
(3) 实验3中其他条件相同，仅改变膜化剂的pH，目的是探究不同pH的膜化剂对钢片表面形成的膜层外观的影响；
(4) 根据实验2结果，膜层外观符合要求的温度范围为$60∼70\ °\mathrm{C}$；根据实验3结果，符合要求的pH范围为2.5~3.0；
(5) 确定适宜温度需对比抗腐蚀性能，方案为：取$60∼70\ °\mathrm{C}$膜化处理后的钢片，分别进行滴铜实验，观察记录钢片表面从滴入腐蚀剂到开始出现红色物质的时间；
(6) 可围绕膜化处理的其他影响因素提出问题，如膜化剂浓度对钢铁膜化处理效果有何影响（合理即可）。
【答案】
$\mathrm{Fe} + \mathrm{CuSO}_{4} = \mathrm{FeSO}_{4} + \mathrm{Cu}$；腐蚀剂将致密的保护膜破坏需要一定的时间（合理即可）；探究不同pH的膜化剂对钢片表面形成的膜层外观的影响；$60∼70\ °\mathrm{C}$；2.5~3.0；取$60∼70\ °\mathrm{C}$膜化处理后的钢片，分别进行滴铜实验，观察记录钢片表面从滴入腐蚀剂到开始出现红色物质的时间；膜化剂浓度对钢铁膜化处理效果有何影响（合理即可）
【知识点】
金属的腐蚀与防护、化学方程式书写、实验探究设计
【点评】
本题以钢铁膜化处理为载体，综合考查金属活动性、实验变量分析、实验方案设计等能力，需结合实验目的和数据推导结论，是初中化学典型的实验探究类题目，侧重考查学生的逻辑分析能力。
【难度系数】
0.5
