Question

8．全世界每年被腐蝕損耗的鋼鐵材料約占全年鋼鐵產(chǎn)量的十分之一．研究鋼鐵的腐蝕及防護(hù)有重要意義．回答下列問(wèn)題：
（1）鋼鐵發(fā)生腐蝕的主要類型是電化學(xué)腐蝕，在電化學(xué)腐蝕中，負(fù)極反應(yīng)是Fe-2e^-=Fe²⁺ （或 2Fe-4e^-=2Fe²⁺），正極反應(yīng)是2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-．
（2）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)圖1實(shí)驗(yàn)探究鐵生銹的條件：

反應(yīng)4min后觀察，發(fā)現(xiàn)A處鐵絲依然光亮，B處鐵絲表面灰暗，D處鐵絲依然光亮．該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明鐵生銹主要與水和氧氣有關(guān)；B、D處實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比說(shuō)明：決定鐵生銹的一個(gè)重要因素是氧氣的濃度．
（3）金屬及塑料制品表面鍍鉻不僅美觀還可提高金屬制品抗腐蝕性能．常見(jiàn)鍍鉻液由重鉻酸（H₂Cr₂O₇）和催化劑硫酸組成．
①重鉻酸中，Cr元素的化合價(jià)為+6．
②鍍鉻時(shí)由CrO₄^2-放電產(chǎn)生鉻鍍層．陰極的電極反應(yīng)式為CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O．
（4）電鍍廢水中Cr₂O₇^2-具有高毒性，必須經(jīng)處理后才能排放．電解法處理含鉻的強(qiáng)酸性廢水的原理如圖2所示．
電解產(chǎn)生的Fe²⁺將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，再隨著溶液pH的升高，便有Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀生成．
①圖中A為電源正極；電解時(shí)陰極產(chǎn)生的氣體為H₂（寫化學(xué)式）．
②寫出Fe²⁺與Cr₂O₇^2-反應(yīng)的離子方程式：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）鋼鐵發(fā)生腐蝕的主要類型是電化學(xué)腐蝕，負(fù)極是鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，正極是氧氣得電子，生成氫氧根離子；
（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明鐵生銹主要與 水和 氧氣有關(guān)．B、D處實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比說(shuō)明：決定鐵生銹快慢的一個(gè)重要因素是氧氣的濃度，氧氣濃度越大，鐵生銹速度越快；（3）①根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0，重鉻酸中，Cr元素的化合價(jià)為+6價(jià)；
②鍍鉻時(shí)由CrO₄^2-放電產(chǎn)生鉻鍍層，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O；
（4）①有Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀生成，說(shuō)明單質(zhì)鐵放電，生成亞鐵離子，與Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-發(fā)生氧化還原，所以鐵為陽(yáng)極，則A為正極；陰極是氫離子放電生成氫氣；
②二價(jià)鐵離子有還原性，Cr₂O₇^2-有強(qiáng)氧化性，二者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)電子得失配平．

解答 解：（1）鋼鐵發(fā)生腐蝕的主要類型是電化學(xué)腐蝕，負(fù)極是鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Fe-2e^-=Fe²⁺ （或 2Fe-4e^-=2Fe²⁺）；正極是氧氣得電子，生成氫氧根離子電極反應(yīng)式為：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺ （或 2Fe-4e^-=2Fe²⁺）；2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；
（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明鐵生銹主要與 水和 氧氣有關(guān)．B、D處實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比說(shuō)明：決定鐵生銹快慢的一個(gè)重要因素是氧氣的濃度，氧氣濃度越大，鐵生銹速度越快；故答案為：水；氧氣；氧氣的濃度；
（3）①根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0，重鉻酸中，Cr元素的化合價(jià)為+6價(jià)，故答案為：+6；
②鍍鉻時(shí)由CrO₄^2-放電產(chǎn)生鉻鍍層，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O，故答案為：CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O；
（4）①有Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀生成，說(shuō)明單質(zhì)鐵放電，生成亞鐵離子，與Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-發(fā)生氧化還原，所以鐵為陽(yáng)極，則A為正極；陰極是氫離子放電生成氫氣，化學(xué)式為H₂，故答案為：正；H₂；
②二價(jià)鐵離子有還原性，Cr₂O₇^2-有強(qiáng)氧化性，二者能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，二價(jià)鐵離子被氧化成三價(jià)鐵離子，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，反應(yīng)方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了金屬腐蝕和氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫，注意氧化還原反應(yīng)中利用得失電子守恒配平方程，難度中等．