Question

5．鐵及其化合物在日常的生活中應(yīng)用廣泛，請(qǐng)根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)回答問題：
（1）鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕的正極反應(yīng)式為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-
（2）生鐵中含有一種鐵碳化合物X（Fe₃C）．X在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體Y，Y可溶于過量鹽酸，形成黃綠色的溶液，寫出Y與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₃O₄+3H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
若要檢驗(yàn)反應(yīng)后溶液中的Fe²⁺離子，應(yīng)選用d（填寫序號(hào)）．
a．KSCN溶液和氯水 b．鐵粉和KSCN溶液
c．濃氨水 d．酸性KMnO₄溶液
（3）實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低．現(xiàn)有一定量鋁粉和鐵粉的混合物與一定體積某濃度的稀硝酸充分反應(yīng)，反應(yīng)過程中無氣體放出（N元素被還原為NH₄⁺）．在反應(yīng)結(jié)束后的溶液中，逐滴加入4mol•L^-1的NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積（mL）與產(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量關(guān)系如圖所示．則

①反應(yīng)過程中，寫出鋁與硝酸反應(yīng)的離子方程式：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O．
②混合物與硝酸反應(yīng)后，F(xiàn)e的存在形式是Fe³⁺，理由是反應(yīng)中硝酸有剩余
③B與A的差值為0.008mol．
④C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液體積為7mL．

Answer 1

分析 （1）鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕，正極正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子；
（2）Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體Y為四氧化三鐵，四氧化三鐵與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵、硫酸亞鐵與水；
亞鐵離子具有還原性，可以是酸性高錳酸鉀溶液褪色褪色；
（3）①②通過題意，反應(yīng)始終沒有氣體生成，可以得出不會(huì)有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低，可以推測N元素由+5變成了-3價(jià)，由圖可得硝酸過量，鋁粉和鐵粉被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，反應(yīng)后溶液加入氫氧化鈉溶液應(yīng)先與硝酸反應(yīng)，再生成沉淀，當(dāng)沉淀完全后，由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應(yīng)，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應(yīng)依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
③B與A的差值為氫氧化鋁的物質(zhì)的量，由EF段消耗的氫氧化鈉，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，可以得出Al（OH）₃的物質(zhì)的量；
④根據(jù)NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O 得出n（NH₄⁺）=（34-31）×10^-3L×5mol/L=0.03 mol，根據(jù)氧化還原反應(yīng)，N元素由+5價(jià)變?yōu)?3價(jià)，而金屬都由0價(jià)變?yōu)?3價(jià)，運(yùn)用電子守恒得出金屬的物質(zhì)的量，再計(jì)算CD段消耗氫氧化鈉溶液體積，進(jìn)而計(jì)算C點(diǎn)消耗NaOH的體積．

解答 解：（1）鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)構(gòu)成原電池，鐵易失電子作負(fù)極，碳作正極，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；
（2）Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體Y為四氧化三鐵，四氧化三鐵與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵、硫酸亞鐵與水，反應(yīng)方程式為：Fe₃O₄+3H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
a．原溶液中含有鐵離子，影響亞鐵離子檢驗(yàn)，故a錯(cuò)誤；
b．鐵粉與鐵離子反應(yīng)，不能檢驗(yàn)亞鐵離子，故b錯(cuò)誤；
c．濃氨水與鐵離子反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀，會(huì)影響亞鐵離子檢驗(yàn)，故c錯(cuò)誤；
d．亞鐵離子具有還原性，可以使酸性KMnO₄溶液溶液顏色褪去，可以檢驗(yàn)亞鐵離子，故d正確，
故答案為：Fe₃O₄+3H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；d；
（3）通過題意，反應(yīng)始終沒有氣體生成，可以得出不會(huì)有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低，可以推測N元素由+5變成了-3價(jià)，由圖可得硝酸過量，鋁粉和鐵粉被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，反應(yīng)后溶液加入氫氧化鈉溶液應(yīng)先與硝酸反應(yīng)，再生成沉淀，當(dāng)沉淀完全后，由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應(yīng)，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應(yīng)依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
①反應(yīng)過程中，鋁與硝酸反應(yīng)的離子方程式：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，
故答案為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O；
②混合物與硝酸反應(yīng)后，F(xiàn)e的存在形式是Fe³⁺，理由是：反應(yīng)中硝酸有剩余，
故答案為：Fe³⁺；反應(yīng)中硝酸有剩余；
③由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為36mL-34m=2mL，故該計(jì)算參加反應(yīng)的氫氧化鈉為0.002L×4mol/L=0.008mol，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.008mol，
故答案為：0.008mol；
④由圖可知，DE段消耗的氫氧化鈉的體積為34mL-31m=3mL，故該階段參加反應(yīng)的氫氧化鈉為0.003L×4mol/L=0.012mol，根據(jù)NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 可知，溶液中n（NH₄⁺）=0.012ml，N元素由+5價(jià)變?yōu)?3價(jià)，而金屬都由0價(jià)變?yōu)?3價(jià)，由電子守恒得出金屬的物質(zhì)的量為0.012mol×8÷3=0.032 mol，所以CD段消耗NaOH的體積為：$\frac{0.032mol×3}{4mol/L}$=0.024L=24mL，則C點(diǎn)NaOH溶液體積為31mL-24mL=7mL，
故答案為：7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查金屬與硝酸的反應(yīng)、離子方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)、混合物計(jì)算、金屬電化學(xué)腐蝕等知識(shí)點(diǎn)，難度較大，清楚圖中各階段反應(yīng)過程，據(jù)此判斷出硝酸的還原產(chǎn)物以及電子轉(zhuǎn)移守恒的運(yùn)用是解題關(guān)鍵．