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15. 实验是化学研究的重要手段。图1为探究铁锈蚀条件的实验装置，约一周后能观察到明显现象。小组同学对部分实验进行了改进，使出现明显现象的时间缩短至5~10分钟，改进后的装置如图2所示（夹持装置已略去）。
(1)图1实验中，对比
(2)图2实验中，证明铁生锈与水有关的现象为
(3)图2实验能够在较短时间内观察到明显现象，其主要原因是
(4)图2实验的优点是在一定程度上缩短了实验时间，但仍存在不足，请你指出该实验设计的不足之处：
(1)图1实验中，对比
A、B
（填序号）可知，铁生锈与氧气有关。(2)图2实验中，证明铁生锈与水有关的现象为
U形管左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈
。(3)图2实验能够在较短时间内观察到明显现象，其主要原因是
氧气浓度较大
。(4)图2实验的优点是在一定程度上缩短了实验时间，但仍存在不足，请你指出该实验设计的不足之处：
未能探究铁生锈是否与氧气有关(合理即可)
（答一条即可）。答案
(1) A、B
(2) U形管左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈
(3) 氧气浓度较大
(4) 未能探究铁生锈是否与氧气有关(合理即可)
(2) U形管左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈
(3) 氧气浓度较大
(4) 未能探究铁生锈是否与氧气有关(合理即可)
解析
【分析】
铁生锈的条件是铁与氧气、水同时接触，探究时需运用控制变量法，每次仅改变一个变量，保证其他条件相同。
(1) 要证明铁生锈与氧气有关，需控制水的条件相同，改变氧气的有无，图1中A、B两组实验符合该要求；
(2) 要证明铁生锈与水有关，需控制氧气的条件相同，改变水的有无，图2中U形管两侧铁丝的变量为水，通过生锈现象可判断；
(3) 图2中利用过氧化氢分解产生高浓度氧气，加快了铁的锈蚀速率，缩短了实验时间；
(4) 图2实验未设置隔绝氧气的对照实验，无法验证铁生锈是否与氧气有关，存在设计不足。
【解析】
(1) 图1中，A试管中铁钉同时接触空气（含氧气）和蒸馏水，生锈；B试管中铁钉仅接触蒸馏水，植物油隔绝了空气（氧气），未生锈。对比A、B，变量为氧气，说明铁生锈与氧气有关，故填A、B；
(2) 图2中，U形管左侧铁丝接触水和氧气，右侧铁丝仅接触氧气（无水分），一段时间后，左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈，证明铁生锈与水有关，故现象为U形管左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈；
(3) 图2中，H₂O₂在MnO₂催化下快速分解产生大量氧气，使装置内氧气浓度远高于空气的氧气浓度，加快了铁的锈蚀速率，因此能在较短时间观察到明显现象，故原因是氧气浓度较大；
(4) 图2实验中所有铁丝均接触氧气，未设置隔绝氧气的对照实验，无法验证铁生锈是否与氧气有关，这是该实验设计的不足之处（合理即可）。
【答案】
(1) A、B
(2) U形管左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈
(3) 氧气浓度较大
(4) 未能探究铁生锈是否与氧气有关（合理即可）
【知识点】
铁锈蚀条件、控制变量法、过氧化氢分解
【点评】
本题围绕铁锈蚀条件的探究展开，核心考查控制变量法的应用，图2的改进利用高浓度氧气加快反应速率，缩短了实验时间，但仍需补充对照实验以全面验证铁生锈的影响因素，整体是中等难度的实验探究题。
【难度系数】
0.5
铁生锈的条件是铁与氧气、水同时接触，探究时需运用控制变量法，每次仅改变一个变量，保证其他条件相同。
(1) 要证明铁生锈与氧气有关，需控制水的条件相同，改变氧气的有无，图1中A、B两组实验符合该要求；
(2) 要证明铁生锈与水有关，需控制氧气的条件相同，改变水的有无，图2中U形管两侧铁丝的变量为水，通过生锈现象可判断；
(3) 图2中利用过氧化氢分解产生高浓度氧气，加快了铁的锈蚀速率，缩短了实验时间；
(4) 图2实验未设置隔绝氧气的对照实验，无法验证铁生锈是否与氧气有关，存在设计不足。
【解析】
(1) 图1中，A试管中铁钉同时接触空气（含氧气）和蒸馏水，生锈；B试管中铁钉仅接触蒸馏水，植物油隔绝了空气（氧气），未生锈。对比A、B，变量为氧气，说明铁生锈与氧气有关，故填A、B；
(2) 图2中，U形管左侧铁丝接触水和氧气，右侧铁丝仅接触氧气（无水分），一段时间后，左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈，证明铁生锈与水有关，故现象为U形管左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈；
(3) 图2中，H₂O₂在MnO₂催化下快速分解产生大量氧气，使装置内氧气浓度远高于空气的氧气浓度，加快了铁的锈蚀速率，因此能在较短时间观察到明显现象，故原因是氧气浓度较大；
(4) 图2实验中所有铁丝均接触氧气，未设置隔绝氧气的对照实验，无法验证铁生锈是否与氧气有关，这是该实验设计的不足之处（合理即可）。
【答案】
(1) A、B
(2) U形管左侧铁丝生锈，右侧铁丝不生锈
(3) 氧气浓度较大
(4) 未能探究铁生锈是否与氧气有关（合理即可）
【知识点】
铁锈蚀条件、控制变量法、过氧化氢分解
【点评】
本题围绕铁锈蚀条件的探究展开，核心考查控制变量法的应用，图2的改进利用高浓度氧气加快反应速率，缩短了实验时间，但仍需补充对照实验以全面验证铁生锈的影响因素，整体是中等难度的实验探究题。
【难度系数】
0.5
16. 如下图所示,实验前杠杆两端分别挂着质量和体积相同的锌球,且杠杆平衡。
(1)写出烧杯甲或乙中发生反应的化学方程式。
(2)一段时间后,同时移走两个烧杯,杠杆哪一端下降?(假设置换出的金属均附着在锌球上)
(1)写出烧杯甲或乙中发生反应的化学方程式。
(2)一段时间后,同时移走两个烧杯,杠杆哪一端下降?(假设置换出的金属均附着在锌球上)
答案
(1) $\boldsymbol{Zn + 2AgNO_3 = Zn(NO_3)_2 + 2Ag}$[或 $\boldsymbol{Zn + Cu(NO_3)_2 = Zn(NO_3)_2 + Cu}$]
(2) 左端下降。
(2) 左端下降。
解析
【分析】
要解决本题，首先根据金属活动性顺序判断锌与硝酸银、硝酸铜的置换反应，写出对应化学方程式；再通过化学方程式计算反应后锌球的质量变化，比较两端锌球反应后的总质量，进而判断杠杆哪端下降：锌置换银和铜时，每消耗相同质量的锌，析出银和铜的质量不同，导致锌球质量变化不同，最终影响杠杆两端的受力平衡。
【解析】
(1) 锌的金属活动性强于银和铜，能与硝酸银、硝酸铜发生置换反应，化学方程式为：$\ce{Zn + 2AgNO_{3} = Zn(NO_{3})_{2} + 2Ag}$（或$\ce{Zn + Cu(NO_{3})_{2} = Zn(NO_{3})_{2} + Cu}$）。
(2) 计算反应后锌球的质量变化：
Zn的相对原子质量为65，Ag为108，Cu为64。
左端（甲，硝酸银溶液）：每65份质量的Zn反应，生成216份质量的Ag，锌球反应后质量 = 原锌质量 - 65 + 216 = 原锌质量 + 151，即锌球质量增加151份。
右端（乙，硝酸铜溶液）：每65份质量的Zn反应，生成64份质量的Cu，锌球反应后质量 = 原锌质量 - 65 + 64 = 原锌质量 -1，即锌球质量减少1份。
初始时两端锌球质量相同，反应后左端锌球质量更大，因此杠杆左端下降。
【答案】
(1) $\ce{Zn + 2AgNO_{3} = Zn(NO_{3})_{2} + 2Ag}$（或$\ce{Zn + Cu(NO_{3})_{2} = Zn(NO_{3})_{2} + Cu}$）；(2) 左端下降。
【知识点】
金属置换反应、化学方程式书写、质量变化计算
【点评】
本题结合化学置换反应与杠杆平衡知识，需掌握金属活动性顺序及反应前后固体质量的变化计算，是跨学科的基础综合题，考查学生的化学计算与逻辑分析能力。
【难度系数】
0.5
要解决本题，首先根据金属活动性顺序判断锌与硝酸银、硝酸铜的置换反应，写出对应化学方程式；再通过化学方程式计算反应后锌球的质量变化，比较两端锌球反应后的总质量，进而判断杠杆哪端下降：锌置换银和铜时，每消耗相同质量的锌，析出银和铜的质量不同，导致锌球质量变化不同，最终影响杠杆两端的受力平衡。
【解析】
(1) 锌的金属活动性强于银和铜，能与硝酸银、硝酸铜发生置换反应，化学方程式为：$\ce{Zn + 2AgNO_{3} = Zn(NO_{3})_{2} + 2Ag}$（或$\ce{Zn + Cu(NO_{3})_{2} = Zn(NO_{3})_{2} + Cu}$）。
(2) 计算反应后锌球的质量变化：
Zn的相对原子质量为65，Ag为108，Cu为64。
左端（甲，硝酸银溶液）：每65份质量的Zn反应，生成216份质量的Ag，锌球反应后质量 = 原锌质量 - 65 + 216 = 原锌质量 + 151，即锌球质量增加151份。
右端（乙，硝酸铜溶液）：每65份质量的Zn反应，生成64份质量的Cu，锌球反应后质量 = 原锌质量 - 65 + 64 = 原锌质量 -1，即锌球质量减少1份。
初始时两端锌球质量相同，反应后左端锌球质量更大，因此杠杆左端下降。
【答案】
(1) $\ce{Zn + 2AgNO_{3} = Zn(NO_{3})_{2} + 2Ag}$（或$\ce{Zn + Cu(NO_{3})_{2} = Zn(NO_{3})_{2} + Cu}$）；(2) 左端下降。
【知识点】
金属置换反应、化学方程式书写、质量变化计算
【点评】
本题结合化学置换反应与杠杆平衡知识，需掌握金属活动性顺序及反应前后固体质量的变化计算，是跨学科的基础综合题，考查学生的化学计算与逻辑分析能力。
【难度系数】
0.5
