Question

金属腐蚀造成很大的经济损失，甚至超过自然灾害，其中钢铁锈蚀最为严重，寻求防止钢铁腐蚀的方法意义重大．
（1）钢铁的表面发蓝、发黑处理是常用的防腐方法．下列反应是主要反应之一．
请配平方程式：

 

 Na₂FeO₂+

 

 NaNO₂+

 

 

═

 

 NaFeO₂+

 

 NH₃↑+

 

 NaOH
（2）钢铁的“钝化”处理也能达到防腐目的，经冷、浓HNO₃处理后，其表面有一层致密氧化物保护膜，但是加热或在稀HNO₃中就不能“钝化”．不同浓度的HNO₃与铁反应的还原产物很复杂，其分布曲线如图．
①图示可知，密度为1.05g?mL^-1的硝酸与铁反应时，其最多的还原产物是

 

；密度大于1.35g?mL^-1的硝酸与铁反应时，其还原产物主要是NO₂；分析HNO₃与铁反应的规律是：

 

．
②m g铁与含n g HNO₃的硝酸溶液恰好完全反应，若硝酸的还原产物只有NO，则m的取值可能是

 

（填字母编号 ）．
A．

1

5

n  B．

2

9

n  C．

1

4

n  D．

1

3

n  E．

1

2

n
③工业上一般不用冷浓硝酸进行铁表面处理，其可能的原因是：

 

．
（3）金属M的腐蚀是因为发生反应：M-ne^-→Mⁿ⁺，除了上述表面处理的方法外，下列方法也能起到防腐作用的是

 

（填字母编号）．
A．在铁中掺入铭、镇等金属，改变其内部结构，制成不锈钢
B．在铁制品表面镀锌
C．提高铁中含碳量，制成生铁
D．将水库铁闸门与直流电源的负极相连．

Answer 1

分析：（1）根据元素化合价变化，结合电子守恒、原子守恒分析化学方程式中化学计量数；
（2）①根据图象知，该条件下，硝酸主要被还原为NH₄⁺，根据还原产物中氮元素化合价分析解答；
②生成硝酸铁时，溶解Fe的质量最小，生成硝酸亚铁时溶解Fe的质量最大，根据电子转移守恒表示出NO的物质的量，再根据N原子守恒确定m、n关系，据此解答；
③浓硝酸具有易挥发，见光分解，生成产物污染空气等性质；
（3）金属防腐蚀的方法有：改变内部结构制成合金不锈钢，覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法，外加电流的阴极保护法等．

解答：解：（1）分析化合价变化，铁元素化合价从+2价变化为+3价，氮元素化合价从+3价变化为-3价，
Na₂FeO₂～NaFeO₂～e^-，NaNO₂～NH₃～6e^-
依据电子守恒Na₂FeO₂的配平系数为6，NaFeO₂的配平系数为6，NaNO₂和NH₃的配平系数为1，
依据原子守恒配平NaOH，配平系数为7，根据原子守恒，缺项为H₂O，H₂O的配平系数为5，
化学方程式为：6Na₂FeO₂+NaNO₂+5H₂O═6NaFeO₂+NH₃↑+7NaOH，
故答案为：6；1；5；H₂O；6；1；7；
（2）①根据图象知，该条件下，硝酸主要被还原为NH₄⁺，硝酸的浓度越大，其还原产物中氮元素化合价越高，
故答案为：NH₄⁺；硝酸的浓度越大，其还原产物中氮元素化合价越高；
②生成硝酸铁时，溶解Fe的质量最小，根据电子转移守恒n（NO）=

mg

56g/mol

×

3

5-2

=

m

56

mol，
根据氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+3n[Fe（NO₃）₃]，即

m

56

mol+

m

56

mol×3=

ng

63g/mol

，整理得整理得m=

2

9

n，
生成硝酸亚铁时溶解Fe的质量最大，根据电子转移守恒n（NO）=

mg

56g/mol

×

2

5-2

=

m

84

mol，
根据氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+2n[Fe（NO₃）₂]，
则

m

84

mol+2×

m

56

mol=

ng

63g/mol

，整理得m=

1

3

n
故m的取值范围为：

2

9

n≤m≤

1

3

n，B、C、D都符合，
故答案为：B、C、D；
③工业上一般不用冷浓硝酸进行铁表面处理，浓硝酸具有易挥发，见光分解，生成产物污染空气等性质，
故答案为：硝酸易挥发，不稳定，见光易分解，故不易操作，生成物对环境污染严重；
（3）金属M的腐蚀是因为发生反应：M-ne^-→Mⁿ⁺，防止腐蚀是避免金属失电子发生腐蚀反应；
A．在铁中掺入铬等金属制成不锈钢，原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物．
这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步地氧化．这种氧化层极薄，透过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面．
而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种“钝化膜”，继续起保护作用，故A符合；
B．在铁制品表面镀锌，锌比铁活泼做原电池负极，铁做正极被保护，故B符合；
C．提高铁中含碳量，制成生铁，含碳越高，碳和铁在电解质溶液中越易形成原电池，铁做负极被腐蚀，故C不符合；
D．将水库铁闸门与直流电源的负极相连，形成电解池，闸门做阴极被保护，故D符合；
故选：A、B、D．

点评：本题考查了氧化还原反应的配平及计算，硝酸性质的图象分析，金属的腐蚀与防护，题目难度较大．配平的关键是分析化合价的变化，把变价元素配平，再根据原子守恒配平其他原子或物质．