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三、实验探究题
18. 某兴趣小组同学模仿工业高炉炼铁原理，用
实验装置(加热装置已省略)探究冶炼铜的化学原理。实验操作过程如下：
① 将$\mathrm{CuO}$加水制成糊状，用毛笔刷在试管内壁，烘干；然后在试管底部加入一定量的焦炭，再向试管里通入干燥的$\mathrm{CO}_2$，此时用仪器测得$\mathrm{CO}_2$的含量为$a\ \mathrm{g·L}^{-1}$，用气球密封试管口。
② 用酒精灯加热试管中的氧化铜部位一段时间，无明显现象，随后熄灭酒精灯。
③ 高温加热焦炭部位一段时间，停止加热，用热成像仪拍摄
中虚线框部位，数据输出得到图2曲线。恢复至与①相同的条件测得$\mathrm{CO}_2$的含量为$0.2a\ \mathrm{g·L}^{-1}$。
④ 再次用酒精灯加热氧化铜部位，1 min左右黑色固体变成紫红色。
（1）操作②中实验现象说明$\mathrm{CO}_2$
（2）操作③中$\mathrm{CO}_2$含量减小的原因是
（3）操作④中反应的化学方程式为
（4）实验结束后，一般将装置内的气体灼烧处理，目的是
（5）由图2可知，刚停止加热后焦炭区温度降低更快，可能的原因是
18. 某兴趣小组同学模仿工业高炉炼铁原理，用
实验装置(加热装置已省略)探究冶炼铜的化学原理。实验操作过程如下：① 将$\mathrm{CuO}$加水制成糊状，用毛笔刷在试管内壁，烘干；然后在试管底部加入一定量的焦炭，再向试管里通入干燥的$\mathrm{CO}_2$，此时用仪器测得$\mathrm{CO}_2$的含量为$a\ \mathrm{g·L}^{-1}$，用气球密封试管口。
② 用酒精灯加热试管中的氧化铜部位一段时间，无明显现象，随后熄灭酒精灯。
③ 高温加热焦炭部位一段时间，停止加热，用热成像仪拍摄
中虚线框部位，数据输出得到图2曲线。恢复至与①相同的条件测得$\mathrm{CO}_2$的含量为$0.2a\ \mathrm{g·L}^{-1}$。④ 再次用酒精灯加热氧化铜部位，1 min左右黑色固体变成紫红色。
（1）操作②中实验现象说明$\mathrm{CO}_2$
不能
(填“能”或“不能”)与$\mathrm{CuO}$反应。（2）操作③中$\mathrm{CO}_2$含量减小的原因是
二氧化碳与焦炭反应生成了一氧化碳
。（3）操作④中反应的化学方程式为
$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$
。（4）实验结束后，一般将装置内的气体灼烧处理，目的是
防止一氧化碳污染环境
。（5）由图2可知，刚停止加热后焦炭区温度降低更快，可能的原因是
焦炭与二氧化碳的反应需要吸收热量
。答案
(1) 不能 (2) 二氧化碳与焦炭反应生成了一氧化碳 (3) $\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$ (4) 防止一氧化碳污染环境 (5) 焦炭与二氧化碳的反应需要吸收热量
解析
【分析】
本题围绕模仿高炉炼铁原理的实验展开，需结合各操作步骤的实验现象、物质的化学性质逐一分析问题：（1）根据操作②中加热CuO部位无现象，判断CO₂与CuO是否反应；（2）操作③中高温加热焦炭，结合碳与CO₂的反应分析CO₂含量减少的原因；（3）操作④是CO还原CuO，书写对应的化学方程式；（4）考虑实验中产生的CO的毒性，分析气体处理的目的；（5）结合反应的吸热性，分析焦炭区温度降低快的原因。
【解析】
（1）操作②中加热氧化铜部位无明显现象，说明CO₂在该条件下不能与CuO反应，故填“不能”；
（2）操作③中高温加热焦炭部位，焦炭（C）与通入的CO₂发生反应：$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温} 2CO}$，消耗了CO₂，因此测得CO₂含量减小；
（3）操作④中，生成的CO在加热条件下还原CuO，反应的化学方程式为$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$；
（4）实验过程中会生成有毒的CO，直接排放会污染环境，因此将装置内气体灼烧处理，目的是防止一氧化碳污染环境；
（5）焦炭与二氧化碳的反应是吸热反应，刚停止加热后，反应仍在进行（温度尚未降至反应所需温度以下），持续吸收热量，导致焦炭区温度降低更快。
【答案】
(1) 不能 (2) 二氧化碳与焦炭反应生成了一氧化碳 (3) $\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$ (4) 防止一氧化碳污染环境 (5) 焦炭与二氧化碳的反应需要吸收热量
【知识点】
碳的化学性质、一氧化碳的还原性、化学方程式书写
【点评】
本题以实验探究形式考查高炉炼铁原理的迁移应用，结合实验步骤分析物质间的反应，重点考查碳和一氧化碳的化学性质，需学生具备结合实验现象分析问题的能力，是初中化学的重点题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕模仿高炉炼铁原理的实验展开，需结合各操作步骤的实验现象、物质的化学性质逐一分析问题：（1）根据操作②中加热CuO部位无现象，判断CO₂与CuO是否反应；（2）操作③中高温加热焦炭，结合碳与CO₂的反应分析CO₂含量减少的原因；（3）操作④是CO还原CuO，书写对应的化学方程式；（4）考虑实验中产生的CO的毒性，分析气体处理的目的；（5）结合反应的吸热性，分析焦炭区温度降低快的原因。
【解析】
（1）操作②中加热氧化铜部位无明显现象，说明CO₂在该条件下不能与CuO反应，故填“不能”；
（2）操作③中高温加热焦炭部位，焦炭（C）与通入的CO₂发生反应：$\ce{C + CO_{2}\xlongequal{高温} 2CO}$，消耗了CO₂，因此测得CO₂含量减小；
（3）操作④中，生成的CO在加热条件下还原CuO，反应的化学方程式为$\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$；
（4）实验过程中会生成有毒的CO，直接排放会污染环境，因此将装置内气体灼烧处理，目的是防止一氧化碳污染环境；
（5）焦炭与二氧化碳的反应是吸热反应，刚停止加热后，反应仍在进行（温度尚未降至反应所需温度以下），持续吸收热量，导致焦炭区温度降低更快。
【答案】
(1) 不能 (2) 二氧化碳与焦炭反应生成了一氧化碳 (3) $\ce{CO + CuO\xlongequal{\Delta} Cu + CO_{2}}$ (4) 防止一氧化碳污染环境 (5) 焦炭与二氧化碳的反应需要吸收热量
【知识点】
碳的化学性质、一氧化碳的还原性、化学方程式书写
【点评】
本题以实验探究形式考查高炉炼铁原理的迁移应用，结合实验步骤分析物质间的反应，重点考查碳和一氧化碳的化学性质，需学生具备结合实验现象分析问题的能力，是初中化学的重点题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
19. 钱老师设计了如图1所示的数字化实验指导同学们对钢铁锈蚀进行探究。用铁粉和炭粉的均匀混合物模拟铁钉成分，用传感器测定试剂瓶内气体的相关数据。
可供选择的药品见下表：
（1）铁在空气中锈蚀生成铁锈，铁锈的主要成分是
（2）在A、B两只试剂瓶中依次加入第一组和第二组药品进行实验。
① 600 s内，A瓶中$\ce{O_{2}}$的含量几乎不变，B瓶中$\ce{O_{2}}$的含量不断减少。实验表明，铁在空气中锈蚀是铁与$\ce{O_{2}}$、
② 将第二组药品中的水改为迅速冷却的沸水，且用量增多至足以完全浸没固体混合物。600 s内，B瓶中$\ce{O_{2}}$的含量也略有减少，主要原因是
（3）为探究食盐对钢铁锈蚀速率的影响，应选择的药品组别是
（4）在两只试剂瓶中均加入第二组药品，分别改用温度和湿度传感器，测得结果如图2所示。可发现瓶内湿度随时间增大而增大（即水蒸气的含量增大），根本原因是
（5）请提出一种防止钢铁生锈的方法：
可供选择的药品见下表：
（1）铁在空气中锈蚀生成铁锈，铁锈的主要成分是
$\ce{Fe_{2}O_{3}}$
（填化学式）。（2）在A、B两只试剂瓶中依次加入第一组和第二组药品进行实验。
① 600 s内，A瓶中$\ce{O_{2}}$的含量几乎不变，B瓶中$\ce{O_{2}}$的含量不断减少。实验表明，铁在空气中锈蚀是铁与$\ce{O_{2}}$、
水(或$\ce{H_{2}O}$)
发生了化学反应。② 将第二组药品中的水改为迅速冷却的沸水，且用量增多至足以完全浸没固体混合物。600 s内，B瓶中$\ce{O_{2}}$的含量也略有减少，主要原因是
试剂瓶中的氧气逐渐溶解于冷却的水中
。（3）为探究食盐对钢铁锈蚀速率的影响，应选择的药品组别是
二、三
。（4）在两只试剂瓶中均加入第二组药品，分别改用温度和湿度传感器，测得结果如图2所示。可发现瓶内湿度随时间增大而增大（即水蒸气的含量增大），根本原因是
铁生锈放热，装置中的温度升高，加快水的蒸发
。（5）请提出一种防止钢铁生锈的方法：
在钢铁表面喷漆(合理即可)
。答案
(1) $\ce{Fe_{2}O_{3}}$ (2) ① 水(或$\ce{H_{2}O}$) ② 试剂瓶中的氧气逐渐溶解于冷却的水中 (3) 二、三 (4) 铁生锈放热，装置中的温度升高，加快水的蒸发 (5) 在钢铁表面喷漆(合理即可)
解析
【分析】
本题围绕钢铁锈蚀的探究展开，需结合金属锈蚀的基础知识点，通过分析实验现象、控制变量法等思路解答各小问：首先回忆铁锈的主要成分；再根据铁锈蚀的条件（与氧气、水同时接触）分析实验中氧气变化的原因；探究食盐对锈蚀速率的影响时，需控制其他变量相同，仅改变食盐这一变量；结合温度变化分析湿度增大的根本原因；最后列举合理的防锈方法。
【解析】
（1）铁锈的主要成分是氧化铁，化学式为$\ce{Fe_{2}O_{3}}$；
（2）①铁在空气中锈蚀是铁与$\ce{O_{2}}$、水（或$\ce{H_{2}O}$）共同作用的结果，B瓶中$\ce{O_{2}}$减少说明有水参与反应；②将水改为冷却的沸水，瓶内的氧气会逐渐溶解于冷却的水中，因此$\ce{O_{2}}$含量略有减少；
（3）探究食盐对钢铁锈蚀速率的影响，需保证除食盐外其他条件相同，因此选择第二组和第三组药品；
（4）铁生锈属于放热反应，反应放热使装置内温度升高，加快了水的蒸发，因此瓶内湿度随时间增大；
（5）防止钢铁生锈的方法有在钢铁表面喷漆、涂油、镀一层耐腐蚀金属等，合理即可。
【答案】
(1) $\ce{Fe_{2}O_{3}}$ (2) ① 水(或$\ce{H_{2}O}$) ② 试剂瓶中的氧气逐渐溶解于冷却的水中 (3) 二、三 (4) 铁生锈放热，装置中的温度升高，加快水的蒸发 (5) 在钢铁表面喷漆(合理即可)
【知识点】
金属的锈蚀与防护；控制变量法实验探究
【点评】
本题结合数字化实验探究钢铁锈蚀，既考查了金属锈蚀的核心知识点，又注重实验分析与推理能力的考查，整体难度适中，需要学生掌握基础概念并能结合实验现象灵活应用。
【难度系数】
0.6
本题围绕钢铁锈蚀的探究展开，需结合金属锈蚀的基础知识点，通过分析实验现象、控制变量法等思路解答各小问：首先回忆铁锈的主要成分；再根据铁锈蚀的条件（与氧气、水同时接触）分析实验中氧气变化的原因；探究食盐对锈蚀速率的影响时，需控制其他变量相同，仅改变食盐这一变量；结合温度变化分析湿度增大的根本原因；最后列举合理的防锈方法。
【解析】
（1）铁锈的主要成分是氧化铁，化学式为$\ce{Fe_{2}O_{3}}$；
（2）①铁在空气中锈蚀是铁与$\ce{O_{2}}$、水（或$\ce{H_{2}O}$）共同作用的结果，B瓶中$\ce{O_{2}}$减少说明有水参与反应；②将水改为冷却的沸水，瓶内的氧气会逐渐溶解于冷却的水中，因此$\ce{O_{2}}$含量略有减少；
（3）探究食盐对钢铁锈蚀速率的影响，需保证除食盐外其他条件相同，因此选择第二组和第三组药品；
（4）铁生锈属于放热反应，反应放热使装置内温度升高，加快了水的蒸发，因此瓶内湿度随时间增大；
（5）防止钢铁生锈的方法有在钢铁表面喷漆、涂油、镀一层耐腐蚀金属等，合理即可。
【答案】
(1) $\ce{Fe_{2}O_{3}}$ (2) ① 水(或$\ce{H_{2}O}$) ② 试剂瓶中的氧气逐渐溶解于冷却的水中 (3) 二、三 (4) 铁生锈放热，装置中的温度升高，加快水的蒸发 (5) 在钢铁表面喷漆(合理即可)
【知识点】
金属的锈蚀与防护；控制变量法实验探究
【点评】
本题结合数字化实验探究钢铁锈蚀，既考查了金属锈蚀的核心知识点，又注重实验分析与推理能力的考查，整体难度适中，需要学生掌握基础概念并能结合实验现象灵活应用。
【难度系数】
0.6
