Question

17．钢铁工业是国家工业的基础．请回答钢铁冶炼、腐蚀、防护过程中的有关问题．
（1）工业用热还原法炼铁，写出由CO还原赤铁矿（主要成分为Fe₂O₃）的化学方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（2）铁在潮湿的空气中容易被腐蚀为铁锈（Fe₂O₃•x H₂O），反应的化学方程式为：4Fe+3O₂+xH₂O=2Fe₂O₃•xH₂O．
（3）生产中可用盐酸来除铁锈．现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式2FeCl₃+Fe═3FeCl₂．
（4）如图1的哪个装置可防止铁棒被腐蚀BD．

（5）在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀．装置示意图如图2：
请回答：
①A电极对应的金属是铜（写元素名称），B电极的电极反应式是Cu²⁺+2e^-═Cu．
②若电镀前铁、铜两电极的质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为0.08mol．
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀．

Answer 1

分析 （1）高温条件下，氧化铁和一氧化碳发生氧化还原反应生成铁和二氧化碳；
（2）钢铁在中性环境下发生吸氧腐蚀，正极上氧气放电，负极是铁失去电子生成亚铁离子，生成氢氧化亚铁被氧气氧化生成氢氧化铁，分解得到铁锈；
（3）铁锈的成分是Fe₂O₃•xH₂O，能和盐酸反应生成氯化铁和水，铁和氯化铁发生氧化还原反应生成氯化亚铁；
（4）作原电池正极或作电解池阴极的铁被保护；
（5）①电镀时，镀层作阳极，镀件作阴极；
②电镀时，阳极上金属失电子导致金属质量减少，阴极上析出金属，导致质量增加，电镀后两极质量差的一半为阴极上析出的铜质量，根据析出铜质量和转移电子之间的关系式计算；
③作原电池负极的金属易被腐蚀．

解答 解：（1）高温条件下，氧化铁和一氧化碳发生氧化还原反应生成铁和二氧化碳，反应方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ，
故答案为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
（2）钢铁在中性环境下发生吸氧腐蚀，正极上氧气放电：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，负极电极反应：Fe-2e^-=Fe²⁺，反应生成Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂，2Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，2Fe（OH）₃+（x-3）H₂O=Fe₂O₃•xH₂O，铁在潮湿的空气中容易被腐蚀为铁锈（Fe₂O₃•x H₂O），反应的化学方程式为：4Fe+3O₂+xH₂O=2Fe₂O₃•xH₂O，
故答案为：4Fe+3O₂+xH₂O=2Fe₂O₃•xH₂O；
（3）铁锈的成分是Fe₂O₃•xH₂O，能和盐酸反应生成氯化铁和水，氯化铁具有氧化性，能和铁发生氧化还原反应生成氯化亚铁，
反应方程式为2FeCl₃+Fe═3FeCl₂，
故答案为：2FeCl₃+Fe═3FeCl₂；
（4）作原电池正极或作电解池阴极的铁被保护，
A．该装置能构成原电池，但铁作负极，加速被腐蚀，故A错误；
B．该装置能构成原电池，铁作正极而被保护，故B正确；
C．铁和水接触不能被保护，故C错误；
D．该装置是电解池，铁作阴极而被保护，故D正确；
故选B D，
故答案为：BD；
（5）①在铁上镀铜时，铜作阳极连接原电池正极，铁作阴极连接原电池负极，所以A为铜，B为铁，铁电极上铜离子得电子生成铜单质，
电极反应式为 Cu²⁺+2e^-═Cu，
故答案为：铜；Cu²⁺+2e^-═Cu；
②电镀时，阳极上金属失电子导致金属质量减少，阴极上析出金属，导致质量增加，电镀后两极质量差的一半为阴极上析出的铜质量，
所以阴极上析出铜的质量=5.12g×$\frac{1}{2}$=2.56g，转移电子的物质的量=$\frac{2.56g}{64g/mol}$=0.08 mol，
故答案为：0.08；
③铜、铁和电解质溶液构成的原电池中，铁作负极而加速被腐蚀，铁、锌和电解质溶液构成的原电池中，铁作正极被保护，所以镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，
故答案为：铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀；

点评 本题以铁为载体考查了金属的冶炼、原电池和电解池原理等知识点，根据电镀原理、金属的腐蚀与防护来分析解答即可，易错题是（5）②，很多同学往往认为两极的质量差全部为阴极析出的铜而导致错误，为易错点．