《2025年亮点给力大试卷九年级化学上册沪教版》

23.(16 分)(2025·江苏常州月考)某学习小组学习了铁的锈蚀后在老师的指导下进行了深入探究。
实验一：定量探究铁锈蚀。
小组设计了图 1 装置,检查气密性,将 5.0 g 铁屑加入三颈烧瓶,打开相关设备开始采集数据,$ t_{1} s $ 时加入 2.0 mL 饱和食盐水后,再将一只装有 5.0 mL 稀盐酸的注射器插到三颈烧瓶上。电脑上得到三颈烧瓶内温度、压强随时间的变化曲线如图 2、图 3 所示。



(1)图 2 中,$ O\sim t_{2} s $ 三颈烧瓶内温度升高说明铁生锈放热,$ t_{2} s\sim t_{3} s $ 三颈烧瓶内温度降低的原因是铁生锈放出的热量小于散失的热量。
(2)图 3 中,$ BC $ 段与 $ AB $ 段对比可说明食盐水能加快铁的锈蚀,$ t_{3} s $ 后压强突然变大的原因是铁锈蚀消耗氧气,使三颈烧瓶内压强减小,注射器内稀盐酸被吸入瓶内,铁与稀盐酸反应放出氢气。
实验二：锈蚀成分探究。
【查阅资料】铁锈成分复杂,化学式可简单表示为 $ {Fe_{2}O_{3}\cdot xH_{2}O} $。$ {Fe_{2}O_{3}\cdot xH_{2}O} $ 加热后容易分解产生水蒸气。浓硫酸具有强吸水性,氢氧化钠固体既可以吸收水分,又可以吸收二氧化碳。
【设计方案】(3)甲同学设计了如图(夹持仪器已省略)所示实验方案,同学们讨论后认为该方案设计有明显缺陷,你对方案修改完善的建议是增加尾气处理装置。
| |装置 $ A $ 的总质量 $ m_{1}$|装置 $ B $ 的总质量 $ m_{2}$|装置 $ C $ 和装置 $ D $ 的总质量 $ m_{3}$|

|加热前|516.20 g|463.00 g|252.60 g|
|加热后|513.44 g|464.80 g|255.29 g|
【进行实验】将一定质量的铁锈 $ {Fe_{2}O_{3}\cdot xH_{2}O} $ 放入玻璃管中。按完善后的装置进行实验(每步反应和吸收均完全)。实验过程测得数据如表所示。
【实验分析】(4)反应结束后还需持续通 $ {CO} $,除防止铁氧化、液体倒吸外,还有使反应生成的CO₂和水蒸气被后续装置完全吸收的目的。
(5)装置 $ D $ 的作用是防止空气中的CO₂和水蒸气进入装置C。
(6)根据以上数据可得,该铁锈的化学式可简单表示为Fe₂O₃·5H₂O。

答案：
(1) 铁生锈放热 铁生锈放出的热量小于散失的热量
(2) 食盐水能加快铁的锈蚀 铁锈蚀消耗氧气,使三颈烧瓶内压强减小,注射器内稀盐酸被吸入瓶内,铁与稀盐酸反应放出氢气
(3) 增加尾气处理装置
(4) 使反应生成的CO₂和水蒸气被后续装置完全吸收
(5) 防止空气中的CO₂和水蒸气进入装置C
(6) Fe₂O₃·5H₂O 解析:
(6) 浓硫酸吸水,装置B增加的质量为464.8g-463g=1.8g,故结晶水质量为1.8g,装置A的总质量减小516.2g-513.44g=2.76g,故结晶水和氧化铁中氧元素的质量为2.76g,氧化铁中氧元素的质量为2.76g-1.8g=0.96g,氧化铁中氧元素和结晶水的质量比为0.96g:1.8g=(16×3):18x,x=5,故该铁锈的化学式可简单表示为Fe₂O₃·5H₂O。