Question

5．鐵、鋁是現代金屬材料的主角．但其腐蝕造成很大的經濟損失，尋求金屬制品抗腐蝕處理的方法意義重大．
（1）一種鋼鐵防腐的方法是將鋼鐵放在冷的濃硝酸中浸泡． 但是加熱或在稀 HNO₃ 中，鐵與硝酸會不斷反應．不同濃度的 HNO₃ 與鐵反應的還原產物很復雜，其分布曲線如圖1．
①鋼鐵在冷的濃硝酸中浸泡能防腐的原因是：鐵在濃HNO₃中會“鐵化”在鋼鐵表面形成一層致密氧化膜．
②工業上一般不用冷濃硝酸進行鐵表面處理，其可能的原因是：硝酸易揮發，不穩定，見光易分解，故不易操作，生成物對環境污染嚴重．
③由圖示可知，密度等于1.35g/mL 的硝酸與鐵反應時，其還原產物主要是NO₂、NO； 請用一句話概括該圖反映出的基本結論硝酸濃度（密度）越大，其還原產物化合價越高．
（2）以下為鋁材表面處理的一種方法（如圖2）
①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時常有氣泡冒出，原因是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO+3H₂↑（用離子方程式表示）．為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的b．
a．NH₃         b．CO₂        c．NaOH      d．HNO₃
②以鋁材為陽極，在H₂SO₄ 溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應為2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺．電解后的鋁材再經氨洗的目的是中和表面的酸溶液．
③取少量廢電解液，加入NaHCO₃溶液后產生氣泡和白色沉淀，產生沉淀的原因是HCO₃^-與H⁺反應使H⁺濃度減小，產生Al（OH）₃沉淀．

Answer 1

分析 （1）①冷的濃硝酸具有強的氧化性，鐵在濃HNO₃中會“鈍化”在鋼鐵表面形成一層致密氧化膜；
②濃硝酸具有易揮發，見光分解，生成產物污染空氣等性質；
③根據圖象知，該條件下，硝酸主要被還原為NO₂、NO，依據硝酸的密度結結合圖象分析硝酸還原產物百分含量的變化規律；
（2）①有氣泡冒出因2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；因堿洗槽液中有AlO₂^-，故應通入CO₂來回收Al（OH）₃，發生反應2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或
CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會繼續溶解．
②鋁為陽極，會發生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；根據氨顯堿性分析；
③HCO₃^-與H⁺反應使H⁺濃度減小，產生Al（OH）₃沉淀．

解答 解：（1）①濃硝酸具有強的氧化性，鐵在濃HNO₃中會“鈍化”在鋼鐵表面形成一層致密氧化膜，
故答案為：鐵在濃HNO₃中會“鐵化”在鋼鐵表面形成一層致密氧化膜；
②工業上一般不用冷濃硝酸進行鐵表面處理，濃硝酸具有易揮發，見光分解，生成產物污染空氣等性質，
故答案為：硝酸易揮發，不穩定，見光易分解，故不易操作，生成物對環境污染嚴重；
③從圖中可以看出，當其他條件一致時，在濃硝酸（密度等于l.35g•mL^-1）中，主要產物NO₂、NO，隨著硝酸濃度逐漸降低，產物NO₂逐漸減少而NO的相對含量逐漸增多；該圖反映出的基本結論：硝酸的密度越大、濃度越大，其還原產物中氮元素化合價越高，
故答案為：NO₂、NO；硝酸濃度（密度）越大，其還原產物化合價越高；
（2）①鋁能與強堿反應產生氫氣，Al（OH）₃具有兩性，既能與強堿反應也能與強酸反應生成鹽和水，堿洗槽液中有AlO₂^-，故應通入CO₂來回收Al（OH）₃，發生反應2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會繼續溶解，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO+3H₂↑；b；
②鋁為陽極，會發生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；因為氨顯堿性，所以電解后的鋁材再經氨洗的目的是中和表面的酸溶液，故答案為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；中和表面的酸溶液；
③加入NaHCO₃溶液后產生氣泡和白色沉淀，是由于廢電解液中含有Al³⁺，和HCO₃^-發生了互促水解．或HCO₃^-與H⁺反應使H⁺濃度減小，產生Al（OH）₃沉淀．故答案為：HCO₃^-與H⁺反應使H⁺濃度減小，產生Al（OH）₃沉淀．

點評 本題考查了硝酸的性質，鋁的性質，金屬的腐蝕及防護知識以及電化學知識等，考查較為綜合，做題時注意把握好Al、AlO₂^-、Al（OH）₃等物質的性質，掌握電解等知識的原理，了解金屬的防護措施，難度不大，但要注意知識的積累．