Question

4．金屬腐蝕造成很大的經(jīng)濟損失，甚至超過自然災害，其中鋼鐵銹蝕最為嚴重，尋求防止鋼鐵腐蝕的方法意義重大．
（1）寫出鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性時的正極材料是C，其電極反應式為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，列舉幾種常見的金屬防腐蝕的電化學方法犧牲陽極的陰極保護法、外加電源的陰極保護法（寫出兩種）．
（2）鋼鐵的表面發(fā)藍、發(fā)黑處理也是常用的防腐方法．
下列反應是主要反應之一．請配平方程式：口 Na₂FeO₂+口 NaNO₂+口=口 NaFeO₂+口 NH₃↑+口 NaOH
（3）鋼鐵的“鈍化”處理也能達到防腐目的，經(jīng)冷、濃HNO₃處理后，其表面有一層致密氧化物保護膜，但是加熱或在HNO₃中就不能“鈍化”．不同濃度的 HNO₃ 與鐵反應的還原產(chǎn)物很復雜，其分布曲線如圖．
①如圖可知，密度為 1.05g•mL^-1的硝酸與鐵反應時，其最多的還原產(chǎn)物是NH₄⁺；密度大于1.35g•mL^-1的硝酸與鐵反應時，其還原產(chǎn)物主要是 NO₂；分析HNO₃ 與鐵反應的規(guī)律是：硝酸的濃度越大，其還原產(chǎn)物中氮元素化合價越高．
②m g 鐵與含 n g HNO₃的硝酸溶液恰好完全反應，若硝酸的還原產(chǎn)物只有 NO，則 m 的取值可能是B、C、D（填字母編號）
A．$\frac{1}{5}$n     B．$\frac{2}{9}$n    C．$\frac{1}{4}$n     D．$\frac{1}{3}$n     E．$\frac{1}{2}$n
③工業(yè)上一般不用冷濃硝酸進行鐵表面處理，其可能的原因是：硝酸易揮發(fā)，不穩(wěn)定，見光易分解，故不易操作，生成物對環(huán)境污染嚴重．

Answer 1

分析 （1）鋼鐵銹蝕正極為C，電極反應為氧氣得電子生成氫氧根離子，根據(jù)原電池原理的和電解池原理分析金屬防腐蝕的電化學方法；
（2）根據(jù)元素化合價變化，結合電子守恒、原子守恒分析化學方程式中化學計量數(shù)；
（3）①根據(jù)圖象知，該條件下，硝酸主要被還原為NH₄⁺，根據(jù)還原產(chǎn)物中氮元素化合價分析解答；
②生成硝酸鐵時，溶解Fe的質量最小，生成硝酸亞鐵時溶解Fe的質量最大，根據(jù)電子轉移守恒表示出NO的物質的量，再根據(jù)N原子守恒確定m、n關系，據(jù)此解答；
③濃硝酸具有易揮發(fā)，見光分解，生成產(chǎn)物污染空氣等性質；

解答 解：（1）鋼鐵銹蝕正極為C，在吸附的水膜酸性很弱或呈中性時，電極反應為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，金屬防腐蝕的電化學方法一是利用原電池原理的犧牲陽極的陰極保護法，另一個為利用電解池原理的外加電源的陰極保護法；故答案為：C；2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；犧牲陽極的陰極保護法、外加電源的陰極保護法；
（2）分析化合價變化，鐵元素化合價從+2價變化為+3價，氮元素化合價從+3價變化為-3價，
Na₂FeO₂～NaFeO₂～e^-，NaNO₂～NH₃～6e^-
依據(jù)電子守恒Na₂FeO₂的配平系數(shù)為6，NaFeO₂的配平系數(shù)為6，NaNO₂和NH₃的配平系數(shù)為1，
依據(jù)原子守恒配平NaOH，配平系數(shù)為7，根據(jù)原子守恒，缺項為H₂O，H₂O的配平系數(shù)為5，
化學方程式為：6Na₂FeO₂+NaNO₂+5H₂O═6NaFeO₂+NH₃↑+7NaOH，
故答案為：6；1；5H₂O；6；1；7；
（3）①根據(jù)圖象知，該條件下，硝酸主要被還原為NH₄⁺，硝酸的濃度越大，其還原產(chǎn)物中氮元素化合價越高，
故答案為：NH₄⁺；硝酸的濃度越大，其還原產(chǎn)物中氮元素化合價越高；
②生成硝酸鐵時，溶解Fe的質量最小，根據(jù)電子轉移守恒n（NO）=$\frac{mg}{56g/mol}$×$\frac{3}{5-2}$=$\frac{m}{56}$mol，
根據(jù)氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+3n[Fe（NO₃）₃]，即$\frac{m}{56}$mol+$\frac{m}{56}$mol×3=$\frac{ng}{63g/mol}$，整理得整理得m=$\frac{2}{9}$n，
生成硝酸亞鐵時溶解Fe的質量最大，根據(jù)電子轉移守恒n（NO）=$\frac{mg}{56g/mol}$×$\frac{2}{5-2}$=$\frac{m}{84}$mol，
根據(jù)氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+2n[Fe（NO₃）₂]，
則$\frac{m}{84}$mol+2×$\frac{m}{56}$mol=$\frac{ng}{63g/mol}$，整理得m=$\frac{1}{3}$n
故m的取值范圍為：$\frac{2}{9}$n≤m≤$\frac{1}{3}$n，B、C、D都符合，
故答案為：B、C、D；
③工業(yè)上一般不用冷濃硝酸進行鐵表面處理，濃硝酸具有易揮發(fā)，見光分解，生成產(chǎn)物污染空氣等性質，
故答案為：硝酸易揮發(fā)，不穩(wěn)定，見光易分解，故不易操作，生成物對環(huán)境污染嚴重；

點評 本題考查了電化學的裝置原理、氧化還原反應的配平及計算，硝酸性質的圖象分析，金屬的腐蝕與防護，題目難度較大．配平的關鍵是分析化合價的變化，把變價元素配平，再根據(jù)原子守恒配平其他原子或物質．