Question

7．鐵及其化合物在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著重要作用．
（1）鐵在潮濕的空氣中易發(fā)生電化學(xué)腐蝕．某同學(xué)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓周中心區(qū)（a）已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)（b），如圖1所示．液滴邊緣是--區(qū)（填“正極”或“負(fù)極”），其電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

（2）鐵鈦合金是一種常用的不銹鋼材料，某同學(xué)在探究該合金的性質(zhì)時，往含有TiO²⁺、Fe³⁺溶液中加入鐵屑至溶液顯紫色，該過程中發(fā)生的反應(yīng)有；
①2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺═2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O
②Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O═TiO²⁺（無色）+Fe²⁺+2H⁺
③2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（3）高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種優(yōu)良的水處理劑．
①FeO₄^2-在水溶液中的存在形態(tài)如圖2所示，縱坐標(biāo)表示各存在形態(tài)的分?jǐn)?shù)分布．下列說法不正確的是AB（填字母序號）．
A．不論溶液酸堿性如何變化，鐵元素都有4種存在形態(tài)
B．向pH=10的這種溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分?jǐn)?shù)逐漸增大
C．向pH=6的這種溶液中加KOH溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：HFeO₄^-+OH^-═FeO₄^2-+H₂O
②從環(huán)境保護(hù)的角度看，制備高鐵酸鹽的較好方法為電解法．用鐵片作陽極，NaOH溶液為電解質(zhì)溶液，電解制備高鐵酸鈉，其電流效率可達(dá)到40%．寫出陽極的電極反應(yīng)式Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O
Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．鐵絲網(wǎng)電極是更理想的陽極材料，相同條件下，可將電流效率提高至70%以上，原因是鐵絲網(wǎng)的接觸面積更大．
若維持電流強(qiáng)度為5.0A，電解20min，理論上可生成Na₂FeO₄1.7g．（己知：F=96500C/mol，答案保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）鐵在中性條件下發(fā)生吸氧腐蝕，鐵作負(fù)極，碳作正極，負(fù)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）鐵離子具有氧化性，鐵能和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（3）①A．根據(jù)圖象知，不論溶液酸堿性如何變化，酸性條件下，高鐵酸根離子不存在；
B．向pH=10的這種溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分?jǐn)?shù)先增大后減��；
C．向pH=6的這種溶液中加KOH溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：HFeO₄^-+OH^-═FeO₄^2-+H₂O；
②陽極鐵失去電子，生成高鐵酸鹽，電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；鐵絲網(wǎng)接觸面積增大，加快反應(yīng)速率，所以電流效率提高至70%以上；結(jié)合Q=It，F(xiàn)=96500C/mol，計算電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量，依據(jù)化學(xué)方程式電量關(guān)系計算得到Na₂FeO₄物質(zhì)的量，得到質(zhì)量．

解答 解：（1）鐵在中性條件下發(fā)生吸氧腐蝕，鐵作負(fù)極，碳作正極，負(fù)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子，氫氧根離子和亞鐵離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定被氧化生成氫氧化鐵，所以邊緣是正極，正極上電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：正極，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）鐵和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成亞鐵離子，離子反應(yīng)方程式為：2Fe³⁺+Fe=3 Fe²⁺，故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）①A．根據(jù)圖象知，不論溶液酸堿性如何變化，酸性條件下，高鐵酸根離子不存在，故錯誤；
B．向pH=10的這種溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分?jǐn)?shù)先增大后減小，故錯誤；
C．向pH=6的這種溶液中加KOH溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：HFeO₄^-+OH^-═FeO₄^2-+H₂O，故正確；
故選AB；
②陽極鐵失去電子，生成高鐵酸鹽，電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；鐵絲網(wǎng)接觸面積增大，加快反應(yīng)速率，所以電流效率提高至70%以上，維持電流強(qiáng)度為5.0A，電解20min，通過電量為Q=It=5.0A×20×60s=6000C，F(xiàn)=96500C/mol，電子物質(zhì)的量=$\frac{6000C}{96500C/mol}$=0.062mol，化學(xué)方程式計算可知電子轉(zhuǎn)移6mol生成1molNa₂FeO₄，則電子轉(zhuǎn)移0.062mol生成Na₂FeO₄物質(zhì)的量也為$\frac{0.062mol}{6}$，質(zhì)量=$\frac{0.062mol}{6}$×166g/mol≈1.7g，
理論上可生成Na₂FeO₄質(zhì)量為1.7g，故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；鐵絲網(wǎng)的接觸面積更大；1.7g．

點評 本題考查較綜合，涉及氧化還原反應(yīng)、原電池原理等知識點，難度中等，做題時要正確理解這些概念的內(nèi)涵，學(xué)會書寫電極反應(yīng)式．