Question

9．某研究小組對鐵生銹進行研究

（1）甲同學設計了A、B、C一組實驗（如圖1所示），探究鐵生銹的條件．經過較長時間后，甲同學觀察到的現象是：A中鐵釘生銹；B中鐵釘不生銹，C中鐵釘不生銹．
①通過上述實驗現象分析，可得出鐵生銹的外部條件是和空氣以及水接觸；
②A中鐵釘發生電化腐蝕的正極電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
③實驗B所用的水要經過煮沸處理，植物油的作用是隔絕空氣中的氧氣；
④實驗C中堿石灰的作用是吸收空氣中的水蒸氣．
（2）如圖2所示，試管中放一根鐵釘，鐵釘浸入某電解質溶液中，數天后觀察，根據觀察到的不同現象回答下列問題：
①管中液柱左邊下降，右邊上升．則試管中的電解質溶液的性質為酸性．正極的電極反應式為：4H⁺+4e^-═2H₂↑．
②導管中液柱右邊下降，左邊上升．則試管中鐵釘發生的電化腐蝕為吸氧腐蝕．負極的電極反應式為：Fe-2e^-═Fe²⁺．
（3）如圖3所示各容器中盛有海水，鐵在其中腐蝕時由快到慢的順序是（4）＞（2）＞（1）＞（3）．

Answer 1

分析 （1）①鐵在潮濕的空氣中易發生電化學腐蝕，隔絕空氣或在干燥的空氣中難以形成原電池反應；
②鐵發生電化學腐蝕時，正極上是氧氣發生得電子的還原反應；
③將水煮沸可以將水中的空氣排出，植物油和水是互不相溶的；
④堿石灰是可以吸水的；
（2）生鐵中含有碳，鐵、碳和合適的電解質溶液構成原電池，在弱酸性或中性條件下，鐵發生吸氧腐蝕，負極上鐵失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，在酸性條件下，鐵發生析氫腐蝕，負極上鐵失電子發生氧化反應，正極上氫離子得電子發生還原反應；
（3）金屬被腐蝕快慢順序為：作電解池陽極＞作原電池負極＞化學腐蝕＞作原電池正極＞作電解池陰極，據此分析解答．

解答 解：（1）①鐵生銹的外部條件是金屬要和空氣中的水以及氧氣接觸，故答案為：和空氣以及水接觸；
②鐵釘發生電化腐蝕，負極上鐵為活潑金屬，易失去電子而被氧化，正極上是氧氣發生得電子的反應O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
③水中溶解有一定的空氣，煮沸可以將空氣排出，植物油和水是互不相溶的，它的作用是隔絕空氣中的氧氣，故答案為：煮沸；隔絕空氣中的氧氣；
④堿石灰能吸水，它的作用是吸收空氣中的水蒸氣，故答案為：吸收空氣中的水蒸氣；
（2）生鐵中含有碳，鐵、碳和合適的電解質溶液構成原電池，
①管中液柱左邊下降，右邊上升，說明金屬的腐蝕中生成氣體導致壓強增大，則金屬發生的是析氫腐蝕，溶液呈酸性，負極上鐵失電子發生氧化反應，電極反應式為：Fe-2e^-═Fe²⁺，正極上氫離子得電子發生還原反應，電極反應式為：4H⁺+4e^-═2H₂↑，故答案為：酸性；4H⁺+4e^-═2H₂↑；
②導管中液柱右邊下降，左邊上升，說明電解質環境是弱酸性或是中性，試管內氣體因和水反應而使其壓強減小，發生的是吸氧腐蝕，鐵作負極，負極上鐵失電子發生氧化反應，電極反應式為：Fe-2e^-═Fe²⁺，正極上氧氣得電子發生還原反應，電極反應式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，
故答案為：吸氧腐蝕；Fe-2e^-═Fe²⁺；
（3）金屬被腐蝕快慢順序為：作電解池陽極＞作原電池負極＞化學腐蝕＞作原電池正極＞作電解池陰極，（1）中鐵發生化學腐蝕、（2）中Fe活潑性大于Sn而作原電池負極、（3）中Fe的活動性小于Zn而作原電池正極、（4）中Fe作電解池陽極，所以Fe腐蝕快慢順序是（4）＞（2）＞（1）＞（3），故答案為：（4）＞（2）＞（1）＞（3）．

點評 本題考查鋼鐵的電化學腐蝕以及防護，注意酸性條件下鋼鐵發生析氫腐蝕，弱酸性或中性條件下鋼鐵發生吸氧腐蝕，明確金屬腐蝕快慢順序是解本題關鍵，知道原電池和電解池裝置中鐵所作電極名稱即可解答，題目難度不大．