Question

20．钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命．
（1）抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈．现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为：Fe+2FeCl₃=3FeCl₂ ．
（2）利用图装置，可以模拟铁的电化学防护．
①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于N处．
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法．
（3）图中若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2g时，X电极溶解的铜的质量＜3.2g（填“＜”“＞”或“=”）．
（4）图中若X为铜，容器中海水替换为FeCl₃溶液，开关K置于M处，铜电极发生的反应是2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，若将开关K置于N处，发生的总反应是Cu+2Fe²⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+Cu²⁺．

Answer 1

分析 （1）将一表面生锈的铁件放入盐酸中，铁锈的成分氧化铁可以和盐酸反应生成氯化铁溶液，当铁锈除尽后，金属铁会和氯化铁之间反应；
（2）①若K为碳棒，由于Fe比较活泼，为减缓铁的腐蚀，应使Fe连接电源的负极；
②若K为锌，开关K置于a处，Zn为阳极被腐蚀，Fe为阴极被保护；
（3）图中若X为粗铜，此装置为电镀装置，即在铁件上镀铜，根据电极反应式来计算；
（4）图中若X为铜，容器中海水替换为FeCl₃溶液，开关K置于M处，形成原电池，若将开关K置于N处，形成电解池，根据原电池和电解池的工作原理来回答．

解答 解：（1）将一表面生锈的铁件放入盐酸中，铁锈的成分氧化铁可以和盐酸反应生成氯化铁溶液，当铁锈除尽后，金属铁会和氯化铁之间反应：Fe+2FeCl₃=3FeCl₂ ，故答案为：Fe+2FeCl₃=3FeCl₂ ；
（2）①若X为碳棒，由于Fe比较活泼，为减缓铁的腐蚀，应使Fe为电解池的阴极即连接电源的负极，故K连接N处，故答案为：N；
②若X为锌，开关K置于M处，Zn为阳极被腐蚀，Fe为阴极被保护，该防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，故答案为：牺牲阳极的阴极保护法；
（3）图中若X为粗铜，此装置为电解精炼铜装置，阴极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，但是阳极上依次是锌、铁、镍、铜失电子的过程，铁件质量增加3.2g，结合电子守恒，X电极溶解的铜的质量小于3.2g，故答案为：＜；
（4）图中若X为铜，容器中海水替换为FeCl₃溶液，开关K置于M处，形成原电池，铜电极是极，发生的反应是2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，若将开关K置于N处，形成电解池，发生的总反应是Cu+2Fe²⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+Cu²⁺，故答案为：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；Cu+2Fe²⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+Cu²⁺．

点评 本题考查学生原电池和电解池的工作原理的应用知识，属于综合知识的考查，难度不大．