Question

4．金屬腐蝕造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至超過(guò)自然災(zāi)害，其中鋼鐵銹蝕最為嚴(yán)重，尋求防止鋼鐵腐蝕的方法意義重大．
（1）寫(xiě)出鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性時(shí)的正極材料是C，其電極反應(yīng)式為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，列舉幾種常見(jiàn)的金屬防腐蝕的電化學(xué)方法犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法、外加電源的陰極保護(hù)法（寫(xiě)出兩種）．
（2）鋼鐵的表面發(fā)藍(lán)、發(fā)黑處理也是常用的防腐方法．
下列反應(yīng)是主要反應(yīng)之一．請(qǐng)配平方程式：口 Na₂FeO₂+口 NaNO₂+口=口 NaFeO₂+口 NH₃↑+口 NaOH
（3）鋼鐵的“鈍化”處理也能達(dá)到防腐目的，經(jīng)冷、濃HNO₃處理后，其表面有一層致密氧化物保護(hù)膜，但是加熱或在HNO₃中就不能“鈍化”．不同濃度的 HNO₃ 與鐵反應(yīng)的還原產(chǎn)物很復(fù)雜，其分布曲線如圖．
①如圖可知，密度為 1.05g•mL^-1的硝酸與鐵反應(yīng)時(shí)，其最多的還原產(chǎn)物是NH₄⁺；密度大于1.35g•mL^-1的硝酸與鐵反應(yīng)時(shí)，其還原產(chǎn)物主要是 NO₂；分析HNO₃ 與鐵反應(yīng)的規(guī)律是：硝酸的濃度越大，其還原產(chǎn)物中氮元素化合價(jià)越高．
②m g 鐵與含 n g HNO₃的硝酸溶液恰好完全反應(yīng)，若硝酸的還原產(chǎn)物只有 NO，則 m 的取值可能是B、C、D（填字母編號(hào)）
A．$\frac{1}{5}$n     B．$\frac{2}{9}$n    C．$\frac{1}{4}$n     D．$\frac{1}{3}$n     E．$\frac{1}{2}$n
③工業(yè)上一般不用冷濃硝酸進(jìn)行鐵表面處理，其可能的原因是：硝酸易揮發(fā)，不穩(wěn)定，見(jiàn)光易分解，故不易操作，生成物對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重．

Answer 1

分析 （1）鋼鐵銹蝕正極為C，電極反應(yīng)為氧氣得電子生成氫氧根離子，根據(jù)原電池原理的和電解池原理分析金屬防腐蝕的電化學(xué)方法；
（2）根據(jù)元素化合價(jià)變化，結(jié)合電子守恒、原子守恒分析化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)；
（3）①根據(jù)圖象知，該條件下，硝酸主要被還原為NH₄⁺，根據(jù)還原產(chǎn)物中氮元素化合價(jià)分析解答；
②生成硝酸鐵時(shí)，溶解Fe的質(zhì)量最小，生成硝酸亞鐵時(shí)溶解Fe的質(zhì)量最大，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒表示出NO的物質(zhì)的量，再根據(jù)N原子守恒確定m、n關(guān)系，據(jù)此解答；
③濃硝酸具有易揮發(fā)，見(jiàn)光分解，生成產(chǎn)物污染空氣等性質(zhì)；

解答 解：（1）鋼鐵銹蝕正極為C，在吸附的水膜酸性很弱或呈中性時(shí)，電極反應(yīng)為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，金屬防腐蝕的電化學(xué)方法一是利用原電池原理的犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，另一個(gè)為利用電解池原理的外加電源的陰極保護(hù)法；故答案為：C；2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法、外加電源的陰極保護(hù)法；
（2）分析化合價(jià)變化，鐵元素化合價(jià)從+2價(jià)變化為+3價(jià)，氮元素化合價(jià)從+3價(jià)變化為-3價(jià)，
Na₂FeO₂～NaFeO₂～e^-，NaNO₂～NH₃～6e^-
依據(jù)電子守恒Na₂FeO₂的配平系數(shù)為6，NaFeO₂的配平系數(shù)為6，NaNO₂和NH₃的配平系數(shù)為1，
依據(jù)原子守恒配平NaOH，配平系數(shù)為7，根據(jù)原子守恒，缺項(xiàng)為H₂O，H₂O的配平系數(shù)為5，
化學(xué)方程式為：6Na₂FeO₂+NaNO₂+5H₂O═6NaFeO₂+NH₃↑+7NaOH，
故答案為：6；1；5H₂O；6；1；7；
（3）①根據(jù)圖象知，該條件下，硝酸主要被還原為NH₄⁺，硝酸的濃度越大，其還原產(chǎn)物中氮元素化合價(jià)越高，
故答案為：NH₄⁺；硝酸的濃度越大，其還原產(chǎn)物中氮元素化合價(jià)越高；
②生成硝酸鐵時(shí)，溶解Fe的質(zhì)量最小，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n（NO）=$\frac{mg}{56g/mol}$×$\frac{3}{5-2}$=$\frac{m}{56}$mol，
根據(jù)氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+3n[Fe（NO₃）₃]，即$\frac{m}{56}$mol+$\frac{m}{56}$mol×3=$\frac{ng}{63g/mol}$，整理得整理得m=$\frac{2}{9}$n，
生成硝酸亞鐵時(shí)溶解Fe的質(zhì)量最大，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n（NO）=$\frac{mg}{56g/mol}$×$\frac{2}{5-2}$=$\frac{m}{84}$mol，
根據(jù)氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+2n[Fe（NO₃）₂]，
則$\frac{m}{84}$mol+2×$\frac{m}{56}$mol=$\frac{ng}{63g/mol}$，整理得m=$\frac{1}{3}$n
故m的取值范圍為：$\frac{2}{9}$n≤m≤$\frac{1}{3}$n，B、C、D都符合，
故答案為：B、C、D；
③工業(yè)上一般不用冷濃硝酸進(jìn)行鐵表面處理，濃硝酸具有易揮發(fā)，見(jiàn)光分解，生成產(chǎn)物污染空氣等性質(zhì)，
故答案為：硝酸易揮發(fā)，不穩(wěn)定，見(jiàn)光易分解，故不易操作，生成物對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電化學(xué)的裝置原理、氧化還原反應(yīng)的配平及計(jì)算，硝酸性質(zhì)的圖象分析，金屬的腐蝕與防護(hù)，題目難度較大．配平的關(guān)鍵是分析化合價(jià)的變化，把變價(jià)元素配平，再根據(jù)原子守恒配平其他原子或物質(zhì)．