Question

工業(yè)上常用強(qiáng)的氧化劑處理鋼件，使其表面形成致密、光滑的四氧化三鐵氧化膜，以增強(qiáng)鋼鐵的抗腐蝕能力，這種處理叫做“發(fā)藍(lán)”或“發(fā)黑”． 其過程主要有：去污、酸洗、氧化處理、皂化、熱水煮沸、檢查等步驟．鋼件表面氧化過程可分為三個(gè)階段：①Fe→Na₂FeO₂；②Na₂FeO₂→Na₂Fe₂O₄；③Na₂FeO₂+Na₂Fe₂O₄→Fe₃O₄．請(qǐng)回答以下問題：
（1）酸洗時(shí)常用稀硫酸除去表面的鐵銹，寫出除銹時(shí)的離子方程式

 

．
（2）將鋼件浸入130℃以上含有NaNO₂和NaOH溶液中，逸出一種能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，片刻后鐵片表面變黑．請(qǐng)寫出該氣體的電子式

 

，氧化處理時(shí)第一階段反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（3）在發(fā)黑的過程中可能會(huì)形成有害的氧化鐵紅色膠狀物Fe2O3?H2O，其原因可能是

 

．鋼件能否長時(shí)間耐腐蝕是衡量“發(fā)黑”效果的重要指標(biāo)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)檢驗(yàn)鋼件表面處理效果的實(shí)驗(yàn)方案

 

．
（4）氧化處理中產(chǎn)生大量含NO₂^-和OH^-?的廢水，某同學(xué)設(shè)計(jì)以下方案處理廢水：
操作1：調(diào)節(jié)溶液pH接近中性
操作2：加入適量的氯化銨溶液并加熱至沸，產(chǎn)生大量氣體，該氣體為大氣的主要成分
①操作1和操作2的順序能否對(duì)調(diào)？請(qǐng)說明理由

 

．
②為減輕處理后的產(chǎn)物對(duì)環(huán)境造成二次污染，下列適合處理含NO₂^-廢水的物質(zhì)是

 

．
A．O₃B．KIC．K₂Cr₂O₇D．NaClO
③經(jīng)處理后，水中NO₂^-濃度降為5.0×10^-4mol?L^-1，取該溶液1mL于試管中，滴加2滴（約0.1mL）2.0mol?L^-1的AgNO₃溶液，通過計(jì)算判斷能否產(chǎn)生沉淀

 

．[已知K_SP（AgNO₂）=5.8×10^-4，不考慮其他離子的反應(yīng)]．

Answer 1

分析：（1）鐵銹的主要成分為Fe₂O₃?xH₂O；
（2）能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體為氨氣，由①Fe→Na₂FeO₂和（2）中所給物質(zhì)可以得出此反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物，配平即得方程式；
（3）亞鐵酸鈉、鐵酸鈉均屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，在水溶液中均可以發(fā)生水解；通過觀察化學(xué)反應(yīng)速率來確定鋼件的耐腐蝕性；
（4）①NH₄⁺大量與OH^-反應(yīng)逸出污染大氣的氣體；
②NO₂^-具有很強(qiáng)的還原性，要從強(qiáng)氧化性物質(zhì)中找，Cr³⁺屬于重金屬離子；
③比較離子濃度熵與Ksp的大�。�

解答：解：（1）鐵銹的主要成分為Fe₂O₃?xH₂O，鐵銹溶液稀硫酸之后發(fā)生Fe₂O₃+6H⁺=2Fe²⁺+3H₂O，故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe²⁺+3H₂O；
（2）能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體為堿性氣體，NaNO₂在氧化處理時(shí)第一階段反應(yīng)中作還原劑，故此氣體必為氨氣，其電子式為；結(jié)合Fe→Na₂FeO₂可知，此反應(yīng)的反應(yīng)物為NaOH以及還原劑Fe、氧化劑NaNO₂，生成物為Na₂FeO₂和氨氣和水，配平得3Fe+NaNO₂+5NaOH=3Na₂FeO₂+NH₃↑+H₂O，
故答案為：；3Fe+NaNO₂+5NaOH=3Na₂FeO₂+NH₃↑+H₂O；
（3）亞鐵酸鈉、鐵酸鈉均屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，在水溶液中均可以發(fā)生水解，水解的產(chǎn)物通過氧化還原反應(yīng)、分解反應(yīng)等反應(yīng)最終形成有害的氧化鐵紅色膠狀物；通過觀察能與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)（如硫酸銅溶液、稀鹽酸等）和鋼板反應(yīng)的快慢來判斷鋼材耐腐蝕能力，出現(xiàn)較明顯現(xiàn)象時(shí)間越長，說明耐腐蝕性能越好，
故答案為：亞鐵酸鈉、鐵酸鈉發(fā)生水解，最終形成Fe₂O₃?H₂O；取一小塊處理后的鋼件，在其表面上滴加幾滴硫酸銅溶液，若出現(xiàn)紅色物質(zhì)（斑點(diǎn)）所需時(shí)間越長，表示其氧化膜耐腐蝕性越好；
（4）①銨根離子與氫氧根離子反應(yīng)生成氨氣，氨氣是一種具有刺激性氣味的氣體，如果操作1和操作2的順序?qū)φ{(diào)，則會(huì)污染空氣，故答案為：不能，若對(duì)調(diào)，則NH₄⁺大量與OH^-反應(yīng)逸出氨氣；
②NO₂^-具有很強(qiáng)的還原性，需要加氧化劑除掉，故排除B，在選項(xiàng)A、C、D三種強(qiáng)氧化劑中，K₂Cr₂O₇被NO₂^-還原為重金屬離子Cr³⁺造成二次污染，故選：AD；
③c（Ag⁺）?c（NO₂^-）=

0.1

1.1

×2.0×

1

1.1

×5.0×10^-4=0.83×10^-4＜K_SP（AgNO₂）=5.8×10^-4，此時(shí)溶液不飽和，所以沒有沉淀生成，
故答案為：c（Ag⁺）?c（NO₂^-）=

0.1

1.1

×2.0×

1

1.1

×5.0×10^-4=0.83×10^-4＜5.8×10^-4，所以沒有沉淀生成．

點(diǎn)評(píng)：本題以元素及其化合物為載體，考查氧化還原反應(yīng)原理、水解原理，并滲透著環(huán)保意識(shí)，其中方程式書寫和計(jì)算是易失分點(diǎn)．