Question

化学兴趣小组对“可乐除铁锈”实验展开探究。同学们将几枚生锈的铁钉放入某品牌的可乐中，观察到铁钉表面有气泡产生，容器底部沉有固体物质。取出铁钉后用水清洗，铁钉恢复光亮。

Ⅰ.容器底部固体成分探究。

（实验探究1）取出容器底部剩余的固体物质，用水清洗后干燥，分成甲、乙两份备用。

实验操作	实验现象	解释与结论
①用磁铁靠近固体物质甲	固体物质____（填“能”或“不能”）被吸引	固体物质中不含铁单质
②将固体物质甲放入20%的盐酸中	固体逐渐消失，溶液变成黄色	固体物质主要是氧化铁，化学反应方程式为_____。

Ⅱ.溶液中逸出气体成分探究。

（猜想假设）气体中除了可乐本身含有的CO₂外，可能还有H₂。

（查阅资料）①H₂可以还原CuO，生成Cu和H₂O。

②无水硫酸铜为白色固体，遇水变蓝。

（实验探究2）将逸出气体依次通过如图的组合装置。

（1）NaOH溶液的作用是______________。

（2）实验过程中观察到____________现象，证明逸出气体中含有氢气。

Ⅲ.深入探究

（提出问题）铁钉表面已变光亮，而容器底部有大量铁锈剩余的原因是什么？

（猜想假设）①可乐太少，酸性物质量不足。②可乐酸性弱，与铁锈反应太慢。

（实验探究3）取可乐与锈铁钉反应后的剩余液，测得溶液仍然呈酸性，猜想①不成立。

（查阅资料）3%的稀盐酸pH约为1，某品牌可乐的pH值为3.39。质量分数为3%的稀盐酸比该品牌可乐的酸性______________（选填“弱”或“强”）。

（实验探究4）取另一份固体物质乙放入3%的稀盐酸中，振荡，观察无明显现象。

（实验结论）对比（实验探究1）和（实验探究4）的不同反应现象可得出：化学反应速率与反应物的______________有关。猜想②成立。

（合理推测）可乐能快速去除铁钉表面铁锈的真正原因是：铁锈结构疏松多孔，___。

Ⅳ.废液处理

将（实验探究1）和（实验探究4）中废液混合，得到澄清溶液100.0g，通过氯离子检测仪测得氯离子质量分数为7.1%。从环保角度考虑，最好在废液中加入_______g氢氧化钠固体，充分反应，过滤后再将废液排放。

Answer

不能 吸收二氧化碳 玻璃管中黑色固体变红色，无水硫酸铜变蓝色 强 浓度 碳酸和氧化铁反应，氧化铁脱落 8

【解析】

铁能被磁铁吸引，氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水，二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，氢气和氧化铜加热生成铜和水，氯化铁和氢氧化钠反应生成氢氧化铁和氯化钠，盐酸和氢氧化钠反应生成氯化钠和水。

[实验探究1]

铁能被磁铁吸引，用磁铁靠近固体物质甲，固体物质不能被吸引，说明固体物质中不含铁单质；氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水，将固体物质甲放入20%的盐酸中，固体逐渐消失，溶液变成黄色是氯化铁溶液显黄色，说明固体物质主要是氧化铁。因此：

实验操作

实验现象

解释与结论

①用磁铁靠近固体物质甲

固体物质不能被吸引

固体物质中不含铁单质

②将固体物质甲放入20%的盐酸中

固体逐渐消失，溶液变成黄色

固体物质主要是氧化铁，化学反应方程式为

[实验探究2]

（1）二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，故NaOH溶液的作用是吸收二氧化碳；

（2）氢气和氧化铜加热生成铜和水，故实验过程中观察到玻璃管中黑色固体变红色，无水硫酸铜变蓝色的现象，证明逸出气体中含有氢气；

[查阅资料]

溶液显酸性，pH值越小，酸性越强，3%的稀盐酸pH约为1，某品牌可乐的pH值为3.39。质量分数为3%的稀盐酸比该品牌可乐的酸性强；

[实验结论]

[实验探究1]用的是20%的盐酸，[实验探究4]用的是3%的盐酸，则对比[实验探究1]和[实验探究4]的不同反应现象可得出：化学反应速率与反应物的浓度有关。猜想②成立；

[合理推测]可乐能快速去除铁钉表面铁锈的真正原因是：铁锈结构疏松多孔，碳酸和氧化铁反应，氧化铁脱落。

Ⅳ.废液处理

将[实验探究1]和[实验探究4]中废液混合，氯化铁和氢氧化钠反应生成氢氧化铁和氯化钠，盐酸和氢氧化钠反应生成氯化钠和水，得到澄清溶液100.0g，通过氯离子检测仪测得氯离子质量分数为7.1%，氯元素的质量为，加入氢氧化钠后，生成的氯化钠中的氯元素的质量为7.1g，生成的氯化钠的质量为

设加入的氢氧化钠的质量为x。

故最好在废液中加入8g氢氧化钠固体，充分反应，过滤后再将废液排放。