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根据所给证据解释腐蚀条件

生锈的题目给你四支试管,期待的是结论,而不是定义。

本页内容
  1. 什么是生锈?需要什么条件?
  2. 如何一步步读证据
  3. 例题详解
  4. 要留意的错误
  5. 怎样防止生锈?
  6. 自我检测
  7. 接下来学什么

要根据证据解释腐蚀,就比较每次只有一个条件不同的试管。铁只有在氧气和水同时存在时才生锈,缺少其中一样的试管会显示这一点。

本课接在把提取方法与活动性联系起来之后,沿用同一个概念:活泼的金属会回到化合物的状态。

什么是生锈?需要什么条件?

生锈(rusting)是铁和钢的腐蚀。铁与氧气和水反应,生成水合氧化铁,也就是铁锈。文字式:铁 + 氧气 + 水 → 水合氧化铁。

一个探究由一组试管构成,其中一个条件改变,其余保持相同。同时有氧气和水的试管是实验组,其他的是对照组,每组各去掉一个条件。

下面的探究只作为数据供推理之用。真实的课堂版本必须在老师的监督下、按学校的安全规定进行。

如何一步步读证据

  1. 列出每支试管里有什么:氧气(空气)、水,以及盐等额外因素。
  2. 记下每支试管的结果:没有锈、有一些锈、很多锈。
  3. 找出所有条件都具备的试管,确认它生锈了。
  4. 把每个对照组与它比较。 去掉一个条件,看生锈是否停止。
  5. 写出结论,把条件与结果联系起来,并指明是哪几支试管。

例题详解

以下结果为练习而杜撰。每支试管里放一根铁钉,时间相同。

试管条件结果
A自来水,水面上有空气生锈
B煮沸过的水(已去除空气),上面覆盖一层油没有锈
C干燥空气,管内有干燥剂没有锈
D盐溶液,水面上有空气锈比 A 多

第一步,试管 A: 水和氧气都在,铁钉生锈了。

第二步,试管 B: 有水,但溶解的氧气已被去除,油层阻止新鲜空气进入。没有锈,所以需要氧气。

第三步,试管 C: 有氧气,但没有水。没有锈,所以需要水。

第四步,试管 D: 条件与 A 相同,再加上溶解的盐,锈更多,所以盐加快了速率。

答案:生锈需要氧气和水,溶解的盐会加快生锈。

要留意的错误

常见的失误是只根据一支试管下结论。

错误的结论: “铁钉 A 在水里生锈了,所以水导致生锈。”

学生忽略了空气也在。试管 A 无法显示哪个条件才重要。

纠正的办法是利用对照组。B 保留水、去掉氧气,C 保留氧气、去掉水。只有试管之间的比较,才能证明两个条件都需要。

怎样防止生锈?

油漆、油或塑料这类屏障可以把氧气和水挡在铁之外。屏障若被刮破,生锈可能从那一点开始。

牺牲保护用的是更活泼的金属。铁上的锌代替铁发生反应,所以即使锌被刮破的地方,铁仍受到保护。镀上不那么活泼的金属(例如锡),只有在镀层完整时才能保护。

自我检测

1. 在上面的表中,哪两支试管合起来说明需要氧气?

Show answer

试管 A 和 B。 两者都有水,只有 A 有氧气。A 生锈而 B 没有,所以需要氧气。

2. 一座钢桥涂了漆,后来被刮到露出金属。解释为什么锈会从刮痕处开始。

Show answer

油漆是挡住氧气和水的屏障。刮痕使铁同时接触两者,所以生锈可以从那里开始。

3. 一块镀锌(galvanised)的铁片被刮破。为什么铁仍然不会很快生锈?

Show answer

锌比铁活泼,所以锌代替铁被腐蚀。这就是牺牲保护,只要锌仍与铁接触就有效。

接下来学什么

下一课从保护金属转到改变金属:比较合金与纯金属。如果你对这里的水与空气概念有兴趣,水、空气与环境化学会继续讲,金属与活动性练习题则用来检验。

写对了事实、却没有写出试管之间比较的学生,往往能在一对一线上化学补习中进步,因为老师可以读你的结论句,指出证据应该出现在哪里。

常见问题

铁生锈需要哪两样东西?

铁需要氧气和水两者。缺少其中一样,就不会按大纲所描述的方式生锈。铁锈是水合氧化铁(hydrated iron(III) oxide)。请在 Cambridge 官网查看 0620 最新大纲,确认你考试年份要求的确切说法。

为什么盐会让铁生锈更快?

溶解的盐让水的导电性更好,加快了生锈过程中的电子转移。盐并不能取代对氧气和水的需要。在证据题里,要说明速率增加,并把它与溶解的盐联系起来。

什么是牺牲保护(sacrificial protection)?

把更活泼的金属(如锌)连在铁上或镀在铁上。锌代替铁发生反应,所以锌先被腐蚀,铁得到保护。即使镀层被刮破也有效,因为锌仍与铁接触。

资料来源

  1. Cambridge IGCSE Chemistry 0620 大纲页面

更新于:

下一步

如果你知道生锈需要空气和水,却在题目给出数据时失分,一对一的老师可以陪你练习从结果走到结论这一步,直到变成习惯。

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