Question

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，而在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕是鋼鐵腐蝕的主要原因．
（1）鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕電池正極反應(yīng)方程式為

 

．鋼鐵電化腐蝕總反應(yīng)化學方程式為：

 

．
（2）已知：H₂C₂O₄

濃H2SO4  .

△

CO↑+CO₂↑+H₂O，圖1選項中，裝置

 

可用作草酸分解制取混合氣體的發(fā)生裝置．

（3）某實驗小組為測定鐵銹樣品的組成（假定鐵銹中只有兩種成份：Fe₂O₃?nH₂O和Fe），利用草酸分解產(chǎn)生的CO和鐵銹反應(yīng)，裝置如圖2所示．
①為制取干燥、純凈的CO氣體，洗氣瓶A、B中盛放的藥品分別是

 

、

 

．
②在點燃酒精燈之前應(yīng)進行的操作是：（Ⅰ）檢查裝置氣密性；（Ⅱ）

 

．
③準確稱量樣品質(zhì)量10.00g置于硬質(zhì)玻璃管中，充分反應(yīng)后冷卻、稱量（假設(shè)每一步反應(yīng)均完全），固體質(zhì)量為8.32g；測得D中濃硫酸增重0.72g，則n=

 

．
④在本實驗中，使測定結(jié)果n偏大的是

 

．
a．未裝洗氣瓶B　　b．缺少裝置A　　c．反應(yīng)后固體中含有少量Fe₂O₃?nH₂O．

Answer 1

考點：金屬腐蝕的化學原理

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題,實驗設(shè)計題

分析：（1）鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，負極上鐵失電子，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；正極和負極反應(yīng)加和得到總反應(yīng)；
（2）根據(jù)題中信息：草酸在濃硫酸并加熱條件下容易脫去水分，分解為二氧化碳和一氧化碳，根據(jù)該反應(yīng)反應(yīng)物、反應(yīng)條件進行分析合理的發(fā)生裝置；
（3）①草酸分解產(chǎn)物中有二氧化碳、一氧化碳和水，要得到干燥、純凈的CO氣體，應(yīng)該先除去二氧化碳，然后使用濃硫酸進行干燥；
②實驗前需要檢驗裝置的氣密性，然后排盡裝置中的空氣；
③結(jié)合方程式，根據(jù)固體減少的質(zhì)量與濃硫酸增重的質(zhì)量列關(guān)系式計算n值；
④設(shè)剩余固體質(zhì)量為xg、裝置D增重yg，則
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O    固體減少的質(zhì)量為
                         18n    （18n+48）g
                          y        10-x

(18n+48)g

18ng

=

10-x

y

，
整理可得：1+

24

9n

=

10-x

y

，即固體剩余質(zhì)量越大，測定的n值越大；裝置D中質(zhì)量增重越大，測定的n值越小，據(jù)此進行判斷．

解答： 解：弱酸性或中性條件下，鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕，負極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負極反應(yīng)式為Fe-2e^-═Fe²⁺，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，所以正極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-═OH^-，則總反應(yīng)為：2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂；
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-═OH^-；2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂；
（2）草酸在濃硫酸并加熱條件下容易脫去水分，分解為二氧化碳和一氧化碳，該反應(yīng)需要加熱、還應(yīng)該能夠控制反應(yīng)開始和停止，綜合考慮可知裝置d可用于草酸分解制取氣體，
故答案為：d；
（3）①為得到干燥、純凈的CO氣體，洗氣瓶A盛放的為氫氧化鈉溶液，用于除去混合氣體中的二氧化碳；裝置盛放干燥劑濃硫酸，目的為干燥CO；
故答案為：NaOH溶液；濃硫酸；
②實驗前需要檢查裝置氣密性是否良好，否則影響測定結(jié)果，裝置中的空氣與CO混合加熱會發(fā)生爆炸，則點燃酒精燈之前需要將裝置中的空氣排凈，
故答案為：通入混合氣體一段時間，排盡空氣；
③由題意知，固體質(zhì)量減少的量為水和氧的量，濃硫酸吸收的量為水，反應(yīng)方程式為：
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O       固體減少的質(zhì)量為
                       8ng       （18n+48）g
                      0.72g      10.00g-8.32g
則0.72g×（18n+48）g=18ng×（ 10.00g-8.32g），
解得n=2，
故答案為：2；
④設(shè)剩余固體質(zhì)量為xg、裝置D增重yg，則
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O    固體減少的質(zhì)量為
                         18n    （18n+48）g
                          y       10-x

(18n+48)g

18ng

=

10-x

y

，
整理可得：1+

24

9n

=

10-x

y

，即固體剩余質(zhì)量越大，測定的n值越大；裝置D中質(zhì)量增重越大，測定的n值越小，
a．缺少洗氣瓶B，會導致D中濃硫酸增重質(zhì)量偏大，計算出的n值偏大，故a正確；
b．缺少裝置A，對裝置D中的質(zhì)量無影響，則計算出的n不變，故b錯誤；
c．反應(yīng)后固體是鐵和少量Fe₂O₃?nH₂O，相當于部分Fe₂O₃?nH₂O沒有反應(yīng)，不影響沉淀結(jié)果，故c錯誤；
故答案為：a；

點評：本題考查了金屬的電化學腐蝕、實驗基本操作、反應(yīng)裝置的選擇，實驗測定物質(zhì)成分的實驗方案的設(shè)計等知識，題目難度中等，注意根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)及反應(yīng)條件選擇反應(yīng)裝置．