Question

铁、铜及其化合物在工农业生产中应用广泛．
（1）在潮湿空气中，钢铁发生电化学腐蚀转化为Fe（OH）₂的反应方程式为

 

．在含有等浓度硫酸溶液的下列装置中，铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是

 

（用序号填写）．

（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
则焊接钢轨时铝与Fe₃O₄发生反应生成铁和Al₂O₃的热化学方程式为

 

．
（3）Na₂FeO₄具有强氧化性，其电解制法如图1所示，请写出阳极的电极反应式

 

．Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其原理是

 

．

（4）工业上常用FeCl₃溶液腐蚀印刷线路板，发生反应的离子方程式是

 

．
若腐蚀铜板后的溶液中，Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺浓度均为0.1mol?L^-1，结合图2分析，当混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5.6时，溶液中存在的金属阳离子为

 

．从图中数据计算Fe（OH）₂的溶度积Ksp[Fe（OH）₂]=

 

．
已知：横坐标为溶液的pH，纵坐标为金属离子的物质的量浓度的对数（当溶液中金属离子浓度≤10^-5 mol?L^-1时，可认为沉淀完全）．

Answer 1

考点：金属的电化学腐蚀与防护,用盖斯定律进行有关反应热的计算,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：（1）钢铁发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，生成Fe（OH）₂；
先判断装置是原电池还是电解池，再根据原电池正负极腐蚀的快慢比较，作原电池负极和电解池阳极的金属易被腐蚀，作原电池正极或电解池阴极的金属易被保护，金属腐蚀快慢顺序是：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀；
（2）依据题干热化学方程式结合盖斯定律写出该热化学反应方程式；
（3）电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；Na₂FeO₄能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe³⁺形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用；
（4）三氯化铁与铜发生氧化还原反应生成氯化亚铁和氯化铜；向混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5.6时，由图象可知易生成Fe（OH）₃沉淀；根据Ksp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）计算．

解答： 解：（1）钢铁发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，生成Fe（OH）₂，反应方程式为为I：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂；
根据图知，①③装置是原电池，在①中Fe做正极，③中金属铁作负极，负极被腐蚀，正极被保护，②中为化学腐蚀，原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀，
所以③＞②，
④⑤装置是电解池，④中金属铁为阴极，⑤中金属铁为阳极，阳极金属被腐蚀速率快，阴极被保护，即⑤＞④，
根据电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率快于电解池的阴极金属腐蚀速率，
所以铁腐蚀快慢顺序为：⑤③②①④；
故答案为：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
根据盖斯定律将方程式②×4-①×3得8Al（s）+3Fe₃O₄（s）=4Al₂O₃（s）+9Fe（s）△H=-3348.8 kJ?mol^-1，
故答案为：8Al（s）+3Fe₃O₄（s）=4Al₂O₃（s）+9Fe（s）△H=-3348.8 kJ?mol^-1；
（3）电解时阳极发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；Na₂FeO₄能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe³⁺形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用；
故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；Na₂FeO₄具有强氧化性，能起到杀菌、消毒作用；高价的铁被还原成的Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃胶体，能吸附水中杂质；
（2）FeCl₃溶液腐蚀Cu制印刷电路板，写出该反应的离子方程式：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，
向混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5.6时，由图象可知易生成Fe（OH）₃沉淀，溶液中存在的金属阳离子为Cu²⁺、Fe²⁺；
由图象可知：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，
故答案为：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺；Cu²⁺、Fe²⁺；1.0×10^-17（mol?L^-1）³．

点评：本题考查了金属的腐蚀、电解原理的应用、盖斯定律的应用、难溶电解质的溶解平衡，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握图象所提供数据以及相关计算公式的运用，难度中等．