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19. (6分)某学习小组对铁锈蚀进行探究。
【提出问题】铁锈蚀与哪些因素有关？
【查阅资料】①氯化钙固体可作干燥剂；②一定条件下，碳可加快铁的锈蚀，但碳本身不参加反应；③常温常压下，氢气的密度是 $ d \ \mathrm{g/mL} $。
【设计与实验】
实验一:定性探究铁锈蚀的因素
取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管，进行如图实验，现象如下表所示。
(1)对比A、B、C试管中实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中水蒸气和氧气发生化学反应。
(2)对比A、D试管中实验现象，说明铁锈蚀还与有关。
(3)铁锈蚀后应及时除锈的原因是。
实验二:定量探究铁锈蚀的因素
小组设计了如图1所示的实验装置，检查气密性后，将5 g铁粉和2 g碳粉加入三颈烧瓶，$ t_1 $时刻加入2 mL饱和NaCl溶液后，再将一支装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据(此时稀盐酸没有推入三颈烧瓶中)。
(4)据图2，$ t_2 $时刻后反应并未停止温度却开始降低，原因是。
(5)据图3，对比AB段和BC段说明，分析$ t_3 $时刻压强突然变大的原因是。
实验三:测定铁锈含量
将实验二烧瓶中剩余物质过滤、洗涤、干燥，得到$ m \ \mathrm{g} $固体，连接图4装置，检查气密性后，加入固体与足量稀盐酸进行实验。
(6)完全反应后，常温常压下测得生成气体的体积为$ V \ \mathrm{mL} $，则该固体中铁锈质量分数的表达式为(用含$ m、V、d $字母的式子表示)。
【反思与评价】
(7)与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是铁粉中加入了碳粉。
【提出问题】铁锈蚀与哪些因素有关？
【查阅资料】①氯化钙固体可作干燥剂；②一定条件下，碳可加快铁的锈蚀，但碳本身不参加反应；③常温常压下，氢气的密度是 $ d \ \mathrm{g/mL} $。
【设计与实验】
实验一:定性探究铁锈蚀的因素
取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管，进行如图实验，现象如下表所示。
(1)对比A、B、C试管中实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中水蒸气和氧气发生化学反应。
(2)对比A、D试管中实验现象，说明铁锈蚀还与有关。
(3)铁锈蚀后应及时除锈的原因是。
实验二:定量探究铁锈蚀的因素
小组设计了如图1所示的实验装置，检查气密性后，将5 g铁粉和2 g碳粉加入三颈烧瓶，$ t_1 $时刻加入2 mL饱和NaCl溶液后，再将一支装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据(此时稀盐酸没有推入三颈烧瓶中)。
(4)据图2，$ t_2 $时刻后反应并未停止温度却开始降低，原因是。
(5)据图3，对比AB段和BC段说明，分析$ t_3 $时刻压强突然变大的原因是。
实验三:测定铁锈含量
将实验二烧瓶中剩余物质过滤、洗涤、干燥，得到$ m \ \mathrm{g} $固体，连接图4装置，检查气密性后，加入固体与足量稀盐酸进行实验。
(6)完全反应后，常温常压下测得生成气体的体积为$ V \ \mathrm{mL} $，则该固体中铁锈质量分数的表达式为(用含$ m、V、d $字母的式子表示)。
【反思与评价】
(7)与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是铁粉中加入了碳粉。
答案
解：
(2) 氯化钠(或NaCl)
(3) 铁锈疏松多孔，会吸附空气中的水蒸气和氧气，加速内部铁的进一步锈蚀
(4) 铁锈蚀放热的速率小于装置向外散热的速率，体系整体热量散失，温度逐渐降低
(5) 铁锈蚀消耗装置内的氧气，使装置内压强减小； 将注射器中的稀盐酸推入三颈烧瓶中，未锈蚀的铁与稀盐酸反应生成氢气，装置内气体分子数快速增多，压强骤然变大
(6) $\dfrac{m - 2 - 28dV}{m} × 100\%$
(2) 氯化钠(或NaCl)
(3) 铁锈疏松多孔，会吸附空气中的水蒸气和氧气，加速内部铁的进一步锈蚀
(4) 铁锈蚀放热的速率小于装置向外散热的速率，体系整体热量散失，温度逐渐降低
(5) 铁锈蚀消耗装置内的氧气，使装置内压强减小； 将注射器中的稀盐酸推入三颈烧瓶中，未锈蚀的铁与稀盐酸反应生成氢气，装置内气体分子数快速增多，压强骤然变大
(6) $\dfrac{m - 2 - 28dV}{m} × 100\%$
解析
【分析】
本题围绕铁锈蚀的探究展开，需结合对比实验的变量控制、铁锈蚀的原理、化学方程式计算等知识分析各问题：
1. 第(2)题对比A、D试管，找出变量即可判断影响因素；
2. 第(3)题需明确铁锈的结构特点对铁锈蚀的影响；
3. 第(4)题从反应放热与散热的速率关系分析温度变化；
4. 第(5)题对比AB、BC段压强变化，结合t₃时刻的操作分析压强突变原因；
5. 第(6)题需利用铁与盐酸反应的化学方程式，计算未锈蚀铁的质量，进而求出铁锈质量分数。
【解析】
(2) 对比A、D试管，A中铁接触水和氧气，D中加入了饱和NaCl溶液，铁锈蚀速率更快，说明铁锈蚀还与氯化钠(或NaCl)有关；
(3) 铁锈疏松多孔，会吸附空气中的水蒸气和氧气，加速内部未生锈铁的进一步锈蚀，因此铁锈蚀后应及时除锈；
(4) 铁锈蚀是放热反应，t₂时刻后，铁锈蚀放热的速率小于装置向外散热的速率，体系整体热量散失，温度开始降低；
(5) AB段为未加NaCl时的压强变化，BC段为加入NaCl后的压强变化，对比可知：铁锈蚀消耗装置内的氧气，使装置内压强减小，且NaCl会加快铁锈蚀，使压强减小更明显；t₃时刻将注射器中的稀盐酸推入三颈烧瓶，未锈蚀的铁与稀盐酸反应生成氢气，装置内气体分子数快速增多，压强骤然变大；
(6) 剩余固体中碳粉质量为2g，铁与稀盐酸反应生成氢气的质量为$dV\ \mathrm{g}$，设参加反应的铁的质量为$x$，根据$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}↑}$，$\dfrac{56}{2}=\dfrac{x}{dV\ \mathrm{g}}$，解得$x=28dV\ \mathrm{g}$；则铁锈的质量为$m - 2 - 28dV$，因此铁锈质量分数为$\dfrac{m - 2 - 28dV}{m} × 100\%$。
【答案】
(2) 氯化钠(或NaCl)
(3) 铁锈疏松多孔，会吸附空气中的水蒸气和氧气，加速内部铁的进一步锈蚀
(4) 铁锈蚀放热的速率小于装置向外散热的速率，体系整体热量散失，温度逐渐降低
(5) 铁锈蚀消耗装置内的氧气，使装置内压强减小；将注射器中的稀盐酸推入三颈烧瓶中，未锈蚀的铁与稀盐酸反应生成氢气，装置内气体分子数快速增多，压强骤然变大
(6) $\dfrac{m - 2 - 28dV}{m} × 100\%$
【知识点】
铁的锈蚀、化学方程式计算、实验探究的变量控制
【点评】
本题通过定性、定量实验探究铁锈蚀的影响因素，既考查了对铁锈蚀原理的理解，又涉及化学计算和实验分析能力，需学生掌握对比实验的设计思路，结合物质性质分析实验现象。
【难度系数】
0.5
本题围绕铁锈蚀的探究展开，需结合对比实验的变量控制、铁锈蚀的原理、化学方程式计算等知识分析各问题：
1. 第(2)题对比A、D试管，找出变量即可判断影响因素；
2. 第(3)题需明确铁锈的结构特点对铁锈蚀的影响；
3. 第(4)题从反应放热与散热的速率关系分析温度变化；
4. 第(5)题对比AB、BC段压强变化，结合t₃时刻的操作分析压强突变原因；
5. 第(6)题需利用铁与盐酸反应的化学方程式，计算未锈蚀铁的质量，进而求出铁锈质量分数。
【解析】
(2) 对比A、D试管，A中铁接触水和氧气，D中加入了饱和NaCl溶液，铁锈蚀速率更快，说明铁锈蚀还与氯化钠(或NaCl)有关；
(3) 铁锈疏松多孔，会吸附空气中的水蒸气和氧气，加速内部未生锈铁的进一步锈蚀，因此铁锈蚀后应及时除锈；
(4) 铁锈蚀是放热反应，t₂时刻后，铁锈蚀放热的速率小于装置向外散热的速率，体系整体热量散失，温度开始降低；
(5) AB段为未加NaCl时的压强变化，BC段为加入NaCl后的压强变化，对比可知：铁锈蚀消耗装置内的氧气，使装置内压强减小，且NaCl会加快铁锈蚀，使压强减小更明显；t₃时刻将注射器中的稀盐酸推入三颈烧瓶，未锈蚀的铁与稀盐酸反应生成氢气，装置内气体分子数快速增多，压强骤然变大；
(6) 剩余固体中碳粉质量为2g，铁与稀盐酸反应生成氢气的质量为$dV\ \mathrm{g}$，设参加反应的铁的质量为$x$，根据$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}↑}$，$\dfrac{56}{2}=\dfrac{x}{dV\ \mathrm{g}}$，解得$x=28dV\ \mathrm{g}$；则铁锈的质量为$m - 2 - 28dV$，因此铁锈质量分数为$\dfrac{m - 2 - 28dV}{m} × 100\%$。
【答案】
(2) 氯化钠(或NaCl)
(3) 铁锈疏松多孔，会吸附空气中的水蒸气和氧气，加速内部铁的进一步锈蚀
(4) 铁锈蚀放热的速率小于装置向外散热的速率，体系整体热量散失，温度逐渐降低
(5) 铁锈蚀消耗装置内的氧气，使装置内压强减小；将注射器中的稀盐酸推入三颈烧瓶中，未锈蚀的铁与稀盐酸反应生成氢气，装置内气体分子数快速增多，压强骤然变大
(6) $\dfrac{m - 2 - 28dV}{m} × 100\%$
【知识点】
铁的锈蚀、化学方程式计算、实验探究的变量控制
【点评】
本题通过定性、定量实验探究铁锈蚀的影响因素，既考查了对铁锈蚀原理的理解，又涉及化学计算和实验分析能力，需学生掌握对比实验的设计思路，结合物质性质分析实验现象。
【难度系数】
0.5
