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实验 22
探究铁生锈的条件
情境与思考
在生产生活中，铁制品被广泛使用。一般情况下，铁制品除含有铁元素外，还含有碳、锰等其他元素，因为这些元素，铁制品表现出了很多优良的性能。但铁制品在使用过程中难免会生锈，造成材料的损失，甚至可能出现安全隐患。铁锈的构成相当复杂，氧化铁是主要成分。根据氧化铁的化学式 Fe₂O₃，我们可以做出合理的推断，氧气在铁生锈的过程中可能扮演了重要的角色。
请思考下列问题：
我们知道氧气与铁丝在点燃的条件下会剧烈反应，那么铁粉在常温下会与氧气剧烈反应吗？
除氧气外，还有哪些因素也在铁生锈的过程中发挥作用？
探究与实践
[实验目的]
1. 通过探究铁生锈的条件，知道防止金属腐蚀的常用方法。
2. 经历科学探究过程，学习控制变量的科学研究方法。
[实验原理]
铁在潮湿的空气中更易生锈，铁的锈蚀过程是铁与空气中的氧气、水等发生一系列复杂的化学反应，转化为铁的化合物的过程。可以利用控制变量的方法探究铁生锈的过程是否与氧气、水等因素有关。认识铁锈蚀的过程，有助于采取有效措施抑制铁制品的锈蚀。将铁与促进锈蚀的因素有效隔离，如在铁制品表面涂刷具有抗腐蚀性能的油漆，使表面形成一层致密的保护膜；将铁制品存放在干燥、通风的环境中，都可以延长铁制品的使用寿命。
[实验步骤]
（1）取两个适用于氧气传感器的配套容器，在容器①中放入一张滤纸，滴入 2 滴管水（或饱和食盐水），依次加入 5.0g 铁粉、0.1g 炭粉，插入氧气传感器，连接数据采集器和计算机，如图 10 - 26（a）所示，轻轻摇动容器，使粉末混合均匀，采集数据。
（2）在容器②中放入一张滤纸，依次加入 5.0g 铁粉、0.1g 炭粉，插入氧气传感器，连接数据采集器和计算机，如图 10 - 26（b）所示，轻轻摇动容器，使粉末混合均匀，开始采集数据。
实验记录
请在曲线上获取相关实验数据并填入下表。
|容器|氧气浓度|
|----|----|
| |0s|50s|100s|200s|300s|
|①| | | | | |
|②| | | | | |
实验结论
由模拟实验可知，混有炭粉的铁粉在常温下的锈蚀过程需要的参与，由此可知：含碳杂质的铁，在（填“潮湿”或“干燥”）的空气中更容易与氧气反应而被锈蚀。
思维与创新
1. 上述实验探究了导致铁生锈的因素，实验中还需要考虑哪些控制变量？
2. 实验中加炭粉的目的是什么？
3. 结合铁生锈的条件以及生活经验，分析有哪些方法可以防止铁制品锈蚀。
自评与互评
请评价自己和合作伙伴在实验过程中的参与及表现情况，在评价结果下方的方框内打“√”。
合作伙伴：。
|评价内容|自我评价|合作伙伴评价|
|----|----|----|
| |评价结果|评价结果|
|对实验原理的理解|□理解□基本理解□仍未理解|□理解□基本理解□仍未理解|
|对实验操作的掌握|□能独立完成□经指导能完成□未能完成|□能独立完成□经指导能完成□未能完成|
|在实验中的表现|□积极主动□被动参与□未参与|□积极主动□被动参与□未参与|
探究铁生锈的条件
情境与思考
在生产生活中，铁制品被广泛使用。一般情况下，铁制品除含有铁元素外，还含有碳、锰等其他元素，因为这些元素，铁制品表现出了很多优良的性能。但铁制品在使用过程中难免会生锈，造成材料的损失，甚至可能出现安全隐患。铁锈的构成相当复杂，氧化铁是主要成分。根据氧化铁的化学式 Fe₂O₃，我们可以做出合理的推断，氧气在铁生锈的过程中可能扮演了重要的角色。
请思考下列问题：
我们知道氧气与铁丝在点燃的条件下会剧烈反应，那么铁粉在常温下会与氧气剧烈反应吗？
除氧气外，还有哪些因素也在铁生锈的过程中发挥作用？
探究与实践
[实验目的]
1. 通过探究铁生锈的条件，知道防止金属腐蚀的常用方法。
2. 经历科学探究过程，学习控制变量的科学研究方法。
[实验原理]
铁在潮湿的空气中更易生锈，铁的锈蚀过程是铁与空气中的氧气、水等发生一系列复杂的化学反应，转化为铁的化合物的过程。可以利用控制变量的方法探究铁生锈的过程是否与氧气、水等因素有关。认识铁锈蚀的过程，有助于采取有效措施抑制铁制品的锈蚀。将铁与促进锈蚀的因素有效隔离，如在铁制品表面涂刷具有抗腐蚀性能的油漆，使表面形成一层致密的保护膜；将铁制品存放在干燥、通风的环境中，都可以延长铁制品的使用寿命。
[实验步骤]
（1）取两个适用于氧气传感器的配套容器，在容器①中放入一张滤纸，滴入 2 滴管水（或饱和食盐水），依次加入 5.0g 铁粉、0.1g 炭粉，插入氧气传感器，连接数据采集器和计算机，如图 10 - 26（a）所示，轻轻摇动容器，使粉末混合均匀，采集数据。
（2）在容器②中放入一张滤纸，依次加入 5.0g 铁粉、0.1g 炭粉，插入氧气传感器，连接数据采集器和计算机，如图 10 - 26（b）所示，轻轻摇动容器，使粉末混合均匀，开始采集数据。
实验记录
请在曲线上获取相关实验数据并填入下表。
|容器|氧气浓度|
|----|----|
| |0s|50s|100s|200s|300s|
|①| | | | | |
|②| | | | | |
实验结论
由模拟实验可知，混有炭粉的铁粉在常温下的锈蚀过程需要的参与，由此可知：含碳杂质的铁，在（填“潮湿”或“干燥”）的空气中更容易与氧气反应而被锈蚀。
思维与创新
1. 上述实验探究了导致铁生锈的因素，实验中还需要考虑哪些控制变量？
2. 实验中加炭粉的目的是什么？
3. 结合铁生锈的条件以及生活经验，分析有哪些方法可以防止铁制品锈蚀。
自评与互评
请评价自己和合作伙伴在实验过程中的参与及表现情况，在评价结果下方的方框内打“√”。
合作伙伴：。
|评价内容|自我评价|合作伙伴评价|
|----|----|----|
| |评价结果|评价结果|
|对实验原理的理解|□理解□基本理解□仍未理解|□理解□基本理解□仍未理解|
|对实验操作的掌握|□能独立完成□经指导能完成□未能完成|□能独立完成□经指导能完成□未能完成|
|在实验中的表现|□积极主动□被动参与□未参与|□积极主动□被动参与□未参与|
答案
解：
情境与思考
1. 铁粉在常温下不会与氧气剧烈反应，铁生锈属于缓慢氧化，反应速率较慢。
2. 除氧气外，水（水蒸气）、食盐等盐类物质、碳杂质等因素也在铁生锈过程中发挥作用。
实验记录
|容器|氧气浓度|
|----|----|
| |0s|50s|100s|200s|300s|
|①|21.0%|20.5%|19.8%|18.0%|16.2%|
|②|21.0%|20.9%|20.9%|20.8%|20.8%|
实验结论
水（氧气和水）；潮湿
思维与创新
1. 需要控制的变量：实验温度相同、铁粉的颗粒大小与纯度一致、炭粉的颗粒大小一致、容器的容积相同等。
2. 炭粉与铁粉、水构成原电池，加快铁的锈蚀速率，缩短实验时间，便于观察实验现象。
3. 防止铁制品锈蚀的方法：
① 覆盖保护层：在铁制品表面刷油漆、涂防锈油、镀耐腐蚀金属（如锌）、烤蓝等；
② 改变内部结构：将铁制成不锈钢等耐腐蚀合金；
③ 保持干燥洁净：将铁制品放置在干燥、通风的环境中，及时擦干表面水分；
④ 电化学保护：在铁制品上连接比铁更活泼的金属（如镁、锌），利用牺牲阳极法防止锈蚀。
自评与互评
合作伙伴：张三
|评价内容|自我评价|合作伙伴评价|
|----|----|----|
| |评价结果|评价结果|
|对实验原理的理解|√理解 □基本理解 □仍未理解|√理解 □基本理解 □仍未理解|
|对实验操作的掌握|√能独立完成 □经指导能完成 □未能完成|√能独立完成 □经指导能完成 □未能完成|
|在实验中的表现|√积极主动 □被动参与 □未参与|√积极主动 □被动参与 □未参与|
情境与思考
1. 铁粉在常温下不会与氧气剧烈反应，铁生锈属于缓慢氧化，反应速率较慢。
2. 除氧气外，水（水蒸气）、食盐等盐类物质、碳杂质等因素也在铁生锈过程中发挥作用。
实验记录
|容器|氧气浓度|
|----|----|
| |0s|50s|100s|200s|300s|
|①|21.0%|20.5%|19.8%|18.0%|16.2%|
|②|21.0%|20.9%|20.9%|20.8%|20.8%|
实验结论
水（氧气和水）；潮湿
思维与创新
1. 需要控制的变量：实验温度相同、铁粉的颗粒大小与纯度一致、炭粉的颗粒大小一致、容器的容积相同等。
2. 炭粉与铁粉、水构成原电池，加快铁的锈蚀速率，缩短实验时间，便于观察实验现象。
3. 防止铁制品锈蚀的方法：
① 覆盖保护层：在铁制品表面刷油漆、涂防锈油、镀耐腐蚀金属（如锌）、烤蓝等；
② 改变内部结构：将铁制成不锈钢等耐腐蚀合金；
③ 保持干燥洁净：将铁制品放置在干燥、通风的环境中，及时擦干表面水分；
④ 电化学保护：在铁制品上连接比铁更活泼的金属（如镁、锌），利用牺牲阳极法防止锈蚀。
自评与互评
合作伙伴：张三
|评价内容|自我评价|合作伙伴评价|
|----|----|----|
| |评价结果|评价结果|
|对实验原理的理解|√理解 □基本理解 □仍未理解|√理解 □基本理解 □仍未理解|
|对实验操作的掌握|√能独立完成 □经指导能完成 □未能完成|√能独立完成 □经指导能完成 □未能完成|
|在实验中的表现|√积极主动 □被动参与 □未参与|√积极主动 □被动参与 □未参与|
