Question

鐵、銅及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛．
（1）在潮濕空氣中，鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕轉化為Fe（OH）₂的反應方程式為

 

．在含有等濃度硫酸溶液的下列裝置中，鐵腐蝕的速率由快到慢的順序是

 

（用序號填寫）．

（2）已知：3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s）△H=-1118kJ?mol^-1
2Al（s）+

3

2

O₂（g）═A1₂O₃（s）△H=-1675.7kJ?mol^-1
則焊接鋼軌時鋁與Fe₃O₄發(fā)生反應生成鐵和Al₂O₃的熱化學方程式為

 

．
（3）Na₂FeO₄具有強氧化性，其電解制法如圖1所示，請寫出陽極的電極反應式

 

．Na₂FeO₄是一種既能殺菌、消毒，又能絮凝凈水的水處理劑，其原理是

 

．

（4）工業(yè)上常用FeCl₃溶液腐蝕印刷線路板，發(fā)生反應的離子方程式是

 

．
若腐蝕銅板后的溶液中，Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺濃度均為0.1mol?L^-1，結合圖2分析，當混合溶液中通入氨氣調(diào)節(jié)溶液的pH=5.6時，溶液中存在的金屬陽離子為

 

．從圖中數(shù)據(jù)計算Fe（OH）₂的溶度積Ksp[Fe（OH）₂]=

 

．
已知：橫坐標為溶液的pH，縱坐標為金屬離子的物質(zhì)的量濃度的對數(shù)（當溶液中金屬離子濃度≤10^-5 mol?L^-1時，可認為沉淀完全）．

Answer 1

考點：金屬的電化學腐蝕與防護,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉化的本質(zhì),電解原理

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題

分析：（1）鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕，負極上鐵失電子發(fā)生氧化反應，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，生成Fe（OH）₂；
先判斷裝置是原電池還是電解池，再根據(jù)原電池正負極腐蝕的快慢比較，作原電池負極和電解池陽極的金屬易被腐蝕，作原電池正極或電解池陰極的金屬易被保護，金屬腐蝕快慢順序是：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護腐蝕措施的腐蝕；
（2）依據(jù)題干熱化學方程式結合蓋斯定律寫出該熱化學反應方程式；
（3）電解時陽極發(fā)生氧化反應，電極反應方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用；
（4）三氯化鐵與銅發(fā)生氧化還原反應生成氯化亞鐵和氯化銅；向混合溶液中通入氨氣調(diào)節(jié)溶液的pH=5.6時，由圖象可知易生成Fe（OH）₃沉淀；根據(jù)Ksp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）計算．

解答： 解：（1）鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕，負極上鐵失電子發(fā)生氧化反應，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，生成Fe（OH）₂，反應方程式為為I：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；
根據(jù)圖知，①③裝置是原電池，在①中Fe做正極，③中金屬鐵作負極，負極被腐蝕，正極被保護，②中為化學腐蝕，原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕，
所以③＞②，
④⑤裝置是電解池，④中金屬鐵為陰極，⑤中金屬鐵為陽極，陽極金屬被腐蝕速率快，陰極被保護，即⑤＞④，
根據(jù)電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護腐蝕措施的腐蝕，并且原電池的正極金屬腐蝕速率快于電解池的陰極金屬腐蝕速率，
所以鐵腐蝕快慢順序為：⑤③②①④；
故答案為：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；⑤③②①④；
（2）①3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s）△H=-1118kJ?mol^-1
②2Al（s）+

3

2

O₂（g）═A1₂O₃（s）△H=-1675.7kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律將方程式②×4-①×3得8Al（s）+3Fe₃O₄（s）=4Al₂O₃（s）+9Fe（s）△H=-3348.8 kJ?mol^-1，
故答案為：8Al（s）+3Fe₃O₄（s）=4Al₂O₃（s）+9Fe（s）△H=-3348.8 kJ?mol^-1；
（3）電解時陽極發(fā)生氧化反應，電極反應方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；Na₂FeO₄具有強氧化性，能起到殺菌、消毒作用；高價的鐵被還原成的Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃膠體，能吸附水中雜質(zhì)；
（2）FeCl₃溶液腐蝕Cu制印刷電路板，寫出該反應的離子方程式：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，
向混合溶液中通入氨氣調(diào)節(jié)溶液的pH=5.6時，由圖象可知易生成Fe（OH）₃沉淀，溶液中存在的金屬陽離子為Cu²⁺、Fe²⁺；
由圖象可知：c（Fe²⁺）=1.0×10^-5（mol?L^-1），c（OH^-）=1.0×10^-6（mol?L^-1），Ksp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）=1.0×10^-17（mol?L^-1）³，
故答案為：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺；Cu²⁺、Fe²⁺；1.0×10^-17（mol?L^-1）³．

點評：本題考查了金屬的腐蝕、電解原理的應用、蓋斯定律的應用、難溶電解質(zhì)的溶解平衡，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意把握圖象所提供數(shù)據(jù)以及相關計算公式的運用，難度中等．