Question

5．钢铁、铝合金、铜制品等是应用广泛的金属材料．据估计，每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料，约占全年钢产量的十分之一．某校化学兴趣小组的同学探究金属腐蚀的原因，设计如下实验：
（1）如图，取一根约10cm的光亮铁钉放在自来水中，观察A、B、C三处的变化．几天后，他们会发现B处最先出现铁锈，大家结合书本知识知道，铁在空气中生锈实际是铁和氧气、水等物质相互作用发生一系列复杂的化学反应的过程．
（2）一同学联想到家里铜制餐具上有一层绿色物质，认为铜在空气中也会生锈．他们上网查阅资料，知道这种绿色物质的化学成分为Cu₂（OH）₂CO₃（铜绿）．他们从铜绿组成和空气的成分大胆猜测，铜生锈除了与铁生锈条件相同外，还应该有CO₂参加反应．
请写出铜在空气中生成铜绿的化学方程式2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃．
（3）【查阅资料】孔雀石的主要成分是Cu₂（OH）₂CO₃，也可以表示成CuCO₃•Cu（OH）₂．
与孔雀石相似，还有许多矿物可用xCuCO₃•yCu（OH）₂（x、y都是正整数）表示，石青
就是其中的一种．
【实验探究】为了验证石青的组成成分，他们设计了如下实验，请你共同参与探究．

	实验操作	实验现象	结论
步骤l	取少量石青样品置于大试管中加入足量稀硫酸	（1）产生大量气体 （2）溶液呈蓝色	（1）石青中含有CO32-离子 （2）石青中含有Cu2+离子
步骤2	取少量石青样品置于大试管中加热	（1）残留固体呈黑色 （2）大试管内壁有水珠	石青加热易分解

【反思与拓展】
①确定步骤1中产生气体成分的实验方法是产生的气体通入足量的澄清石灰水中．
②根据以上探究，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量和水或二氧化碳的质量，就可确定石青的化学式（即确定x、y的值）．
③防止金属锈蚀的方法很多，如制成不锈钢、在金属表面涂油、漆等（任写一种方法）．

Answer 1

分析 （1）钢铁生锈的条件是钢铁与氧气和水同时接触，据此填空；
（2）根据“铜在空气中生成铜绿”这一化学反应的反应物、反应条件以及生成物用元素符号和数字可以书写物质的化学式及反应的化学方程式；
（3）根据【查阅资料】中的石青的化学组成成分、二氧化碳的验证、质量守恒定律等知识来填空．

解答 解：
（1）因为钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水蒸气等物质发生化学反应的结果，所以A、B、C三处中，B处先生锈；
故答案是：B、O₂或氧气、H₂O或水；
（2）先根据题干条件写出反应物为Cu、H₂O、CO₂、O₂生成物为Cu₂（OH）₂CO₃．再根据质量守恒定律配平即可；故反应化学方程式为：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃．
（3）
【实验探究】根据资料：许多矿物可用xCuCO₃•yCu（OH）₂（x、y都是正整数）表示，石青就是其中的一种，且步骤1中石青与稀硫酸反应产生大量气体可知石青中含有CO₃^2-；另溶液呈蓝色说明石青中含铜离子．
因为石青受热易分解，且其化学式可用xCuCO₃•yCu（OH）₂（x、y都是正整数）表示，故步骤2中在大试管中加热石青样品CuCO₃、Cu（OH）₂都会分解得到黑色的氧化铜，Cu（OH）₂还会分解得水，故可在试管内壁上看到水珠．
【反思与拓展】
①检验步骤1中产生的气体为二氧化碳的方法是把产生的气体通入足量的澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则气体是二氧化碳．
②若要确定石青的化学式，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量和水或二氧化碳的质量，再根据方程式 xCuCO₃•yCu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（x+y）CuO+xCO₂+yH₂O  列比例，即可求得x、y的值．
③防止金属锈蚀就是防止金属与氧气或水接触，方法有制成不锈钢、在金属表面涂油、漆等．
 故答案为：
【实验探究】

	实验操作	实验现象	结论
步骤l			（1）CO32- （2）Cu2+
步骤2		（1）黑 （2）有水珠

【反思与拓展】
①产生的气体通入足量的澄清石灰水中；
②水或二氧化碳；
③涂油、漆等．

点评 本题综合考查了探究金属锈蚀的条件、实验探究物质的组成成分以及含量、二氧化碳的验满与检验、质量守恒定律及其应用等知识点．通过本题的训练，要求学生对物质的探究，需要综合运用已学知识与技能进行比较和分析．包括实验的设计、证据的收集、反思与交流，以及组成、结构、变化规律、用途等等，做到具体问题，具体分析，才能做到合理的解释与结论．