Question

10．鐵、鋁及其化合物在生產和生活中有著廣泛的應用．
（1）工業上冶煉鋁的化學方程式是2Al₂O₃ $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Al+3O₂↑．
（2）我國首創的海洋電池以鋁板為負極，鉑網為正極，海水為電解質溶液，空氣中的氧氣與鋁反應產生電流．電池總反應為4Al+3O₂+6H₂O═4Al（OH）₃，則負極反應式為Al-3e^-=Al³⁺．
（3）某研究性學習小組設計了如圖1所示裝置探究鋼鐵的腐蝕與防護．在相同條件下，三組裝置中鐵電極腐蝕最快的是①（填序號），為防止金屬Fe被腐蝕，可以采用上述②③（填序號）裝置原理進行防護．
（4）如圖2所示，若電解5min時C池中鐵棒質量增加2.16g，據此回答：則該電源電極Y名稱為負極，流過導線的電子物質的量是0.02mol，A池中碳棒上的電極反應式是2Cl^--2e^-=Cl₂↑，B池中粗銅電極上存在的電極反應式是Cu-2e^-=Cu²⁺，C池中一段時間后硝酸銀溶液濃度不變（填增大，減小或不變）．

Answer 1

分析 （1）工業上冶煉鋁是電解熔融的氧化鋁得到；
（2）電池總反應為4Al+3O₂+6H₂O═4Al（OH）₃，原電池中鋁失電子做負極被氧化；
（3）①裝置為原電池鐵為負極被腐蝕；②裝置為原電池鋅做負極被腐蝕，鐵做正極被保護，稱為犧牲陽極的陰極保護法；③裝置為電解池，鐵做陰極被保護，根據電極的腐蝕速率關系來判斷；
（4）如圖2所示，若電解5min時C池中鐵棒質量增加2.16g，則鐵棒為陰極，Ag電極為陽極，依次純銅做陰極，粗銅做陽極，A中鐵棒做陰極，碳棒做陽極，X為正極，Y為負極，據此書寫電極反應，結合電解過程中電極上電子守恒計算．

解答 解：（1）工業上冶煉鋁的化學方程式是：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Al+3O₂↑，
故答案為：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Al+3O₂↑；
（2）我國首創的海洋電池以鋁板為負極，鉑網為正極，海水為電解質溶液，空氣中的氧氣與鋁反應產生電流．電池總反應為4Al+3O₂+6H₂O═4Al（OH）₃，鋁做負極失電子被氧化，則負極反應式為：Al-3e^-=Al³⁺，
故答案為：Al-3e^-=Al³⁺；
（3）①裝置為原電池鐵為負極被腐蝕；②裝置為原電池鋅做負極被腐蝕，鐵做正極被保護；③裝置為電解池，鐵做陰極被保護；①組裝置中鐵電極腐蝕最快，正極反應是氧氣得到電子發生還原反應，電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；②中負極上金屬鋅失電子，電極反應為：Zn-2e^-=Zn²⁺，金屬鐵被保護，此時金屬鐵可以采犧牲陽極的陰極保護法，裝置③中發生的是電解飽和食鹽水的反應，陽極是氯離子失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子發生還原反應，陰極鐵被保護，
故答案為：①；②③；
（4）如圖2所示，若電解5min時C池中鐵棒質量增加2.16g，則C中鐵棒為陰極，電極反應為：Ag⁺+e^-=Ag，增大的質量為析出銀的質量，物質的量=$\frac{2.16g}{108g/mol}$=0.02mol，電子轉移總物質的量為0.02mol，Ag電極為陽極，電極反應為：Ag-e^-=Ag⁺，C池為電鍍池電解質溶液中溶質濃度不變，
分析判斷，B裝置中依次純銅做陰極，電極反應為Cu²⁺+2e^-=Cu，粗銅做陽極，電極反應為Cu-2e^-=Cu²⁺，A裝置中鐵棒做陰極，電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，碳棒做陽極，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，X為正極，Y為負極，
故答案為：負極；  0.02mol； 2Cl^--2e^-=Cl₂↑；Cu-2e^-=Cu²⁺；不變．

點評 本題考查了金屬腐蝕與防護的方法和應用、原電池和電解池的工作原理應用知識，注意原電池電極反應書寫方法是基礎，題目難度中等．