Question

7．有一研究性學(xué)習(xí)小組在探究有關(guān)鋼鐵的腐蝕情況，他們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：在一個水槽中盛裝1000mL水，加入一定量的NaCl固體溶解后通入SO₂氣體至溶液pH值約為4左右，另取一支試管（帶刻度，規(guī)格50mL），一條約5cm 的細(xì)鐵絲，將鐵絲放入試管中，加入約10mL前面配好的溶液，迅速用拇指扣住試管口倒扣于水槽中，用鐵架臺將試管固定，如圖．過一會兒：
（1）觀察到試管中的液面逐漸下降，這說明在該條件下，鐵絲發(fā)生了析氫腐蝕，正極材料是C電極反應(yīng)是2H⁺+2e^-=H₂↑
（2）再過一段時間發(fā)現(xiàn)液面停止下降，并且開始逐漸上升，露在液面上的鐵絲表面由原來的銀白色變棕褐色，這說明在該條件下，鐵絲發(fā)生了吸氧腐蝕，正極的電極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-
①總反應(yīng)為：2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；①反應(yīng)的產(chǎn)物極易被進(jìn)一步氧化，生成紅褐色物質(zhì)，
②該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃若鐵銹的組成為：Fe₂O₃•xH₂O，試寫出由②反應(yīng)的產(chǎn)物在通常條件下生成鐵銹的反應(yīng)方程式：2Fe（OH）₃═Fe₂O₃•xH₂O+（3-x）H₂O
附加題：
（3）已知原來鐵絲質(zhì)量為2g，發(fā)生（1）情況時，依液面下降的高度折為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是5.6mL，則此時，鐵絲的質(zhì)量變?yōu)?.986g，隨后液面開始上升，即發(fā)生（2）的變化，依最終液面上升的高度折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積比最開始剛倒扣于水槽中試管中溶液的體積多了1.12mL，通過計(jì)算，（2）的過程共消耗氧氣6.72mL，若x值為2，那么鐵絲的質(zhì)量應(yīng)為2.003g（以上計(jì)算有效數(shù)字保留至小數(shù)點(diǎn)后三位）

Answer 1

分析 （1）酸性條件下，F(xiàn)e發(fā)生析氫腐蝕，C作正極，正極上氫離子得電子；
（2）當(dāng)溶液的酸性較弱時，發(fā)生吸氧腐蝕，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；
①負(fù)極上Fe失電子生成亞鐵離子，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；
②反應(yīng)生成的Fe（OH）₂被氧氣氧化為氫氧化鐵；氫氧化鐵分解生成Fe₂O₃•xH₂O；
（3）根據(jù)生成的氫氣求出轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子守恒計(jì)算Fe的質(zhì)量；氧氣的體積等于氫氣的體積加上最終液面的變化值；Fe轉(zhuǎn)化為Fe₂O₃•xH₂O，增加了O的質(zhì)量和水的質(zhì)量．

解答 解：（1）酸性條件下，F(xiàn)e發(fā)生析氫腐蝕，C作正極，正極上氫離子得電子，正極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
故答案為：析氫；C；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）當(dāng)溶液的酸性較弱時，發(fā)生吸氧腐蝕，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，正極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
故答案為：吸氧；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
①負(fù)極上Fe失電子生成亞鐵離子，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，則發(fā)生的總反應(yīng)為：2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；
故答案為：2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；
②反應(yīng)生成的Fe（OH）₂被氧氣氧化為氫氧化鐵，其反應(yīng)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃；氫氧化鐵分解生成Fe₂O₃•xH₂O，其反應(yīng)方程式為：2Fe（OH）₃═Fe₂O₃•xH₂O+（3-x）H₂O；
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃；2Fe（OH）₃═Fe₂O₃•xH₂O+（3-x）H₂O；
（3）生成氫氣的反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑；生成氫氣為5.6mL，則n（H₂）=0.00025mol，鐵電極發(fā)生的反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe^2-，由電子守恒可知，反應(yīng)的Fe為0.00025mol，則消耗的鐵的質(zhì)量為0.014g，所以鐵絲的質(zhì)量變?yōu)?-0.014=1.986g；最終液面上升的高度折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積比最開始剛倒扣于水槽中試管中溶液的體積多了1.12mL，則被吸收氧氣的體積應(yīng)為5.6+1.12=6.72 mL；設(shè)生成氫氧化亞鐵為xmol，則0.5x+0.25x=0.03mol，解得x=0.04mol，則Fe₂O₃•2H₂O中水的物質(zhì)的量為0.04mol，
Fe轉(zhuǎn)化為Fe₂O₃•2H₂O，增加了O的質(zhì)量和水的質(zhì)量，則鐵絲的質(zhì)量應(yīng)為：1.986+$\frac{0.00672L}{22.4L/mol}$×32g/mol+0.0004mol×18g/mol=2.0028g；
故答案為：1.986；6.72；2.0028．

點(diǎn)評 本題考查了金屬的電化學(xué)腐蝕的實(shí)驗(yàn)探究方案設(shè)計(jì)，題目難度中等，注意把握原電池中正負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)以及析氫腐蝕和吸氧腐蝕的發(fā)生條件，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．