16. 每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。橡树湾化学兴趣小组的同学对铁生锈的条件进行了如下项目式探究。
【任务一】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:
(1)一周后只有A中铁钉生锈,说明铁锈蚀主要铁是与
____________发生化学反应。
(2)实验使用的蒸馏水需加热煮沸,原因是
____________。
【任务二】铁生锈条件再探究
【查阅资料】①金属腐蚀包括金属与酸反应,也包括金属与氧反应,两种反应经常同时发生。
②在一定条件下,碳可加快铁的锈蚀,但本身不参加反应。
③溶解氧是指溶解在水里氧气的量,用每升水里氧气的毫克数表示。
【进行实验】将2g铁粉、1.5g碳粉放入锥形瓶底部,连接好压强传感器,用量筒依次量取10mL不同pH的稀盐酸分别倒入锥形瓶中,在溶液中迅速插入溶解氧传感器,采集数据。
【实验记录】不同pH溶液下体系压强及溶解氧变化情况如下表:
序号 | 稀盐酸pH | 压强P/kPa | 溶解氧DO/(mg/L) |
P反应前 | P反应后 | P反应前- P反应后 | P反应前 | P反应后 | 溶解氧开始降低所需时间/s |
① | 2.0 | 90.8 | 91.8 | 1.0 | 5.2 | 4.3 | 131 |
② | 3.0 | 90.8 | 91.5 | x | 5.0 | 3.7 | 68 |
③ | 4.0 | 90.8 | 90.3 | -0.5 | 4.9 | 3.4 | 24 |
④ | 5.0 | 90.8 | 90.5 | -0.3 | 4.9 | 3.7 | 98 |
⑤ | 6.0 | 90.8 | 90.6 | -0.2 | 4.4 | 3.7 | 175 |
(3)实验②中,x为
____________;写出金属铁与稀盐酸反应的化学方程式:
____________。
(4)根据溶解氧的实验记录可以得出的结论是:
____________。
(5)实验④可以看到溶液中有气泡冒出,反应后体系压强却变小了,原因是
____________。
【任务三】测定铁锈的含量
将任务二其中一组锥形瓶中的剩余物过滤、洗涤、干燥,得到mg固体,连接装置如图二,检查气密性,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体积为VmL,常温常压下,其密度是dg/mL。则该固体中铁锈质量分数表达式为
__________。
(7)该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是
__________。