Question

17．鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)．請回答鋼鐵冶煉、腐蝕、防護(hù)過程中的有關(guān)問題．
（1）工業(yè)用熱還原法煉鐵，寫出由CO還原赤鐵礦（主要成分為Fe₂O₃）的化學(xué)方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（2）鐵在潮濕的空氣中容易被腐蝕為鐵銹（Fe₂O₃•x H₂O），反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe+3O₂+xH₂O=2Fe₂O₃•xH₂O．
（3）生產(chǎn)中可用鹽酸來除鐵銹．現(xiàn)將一生銹的鐵片放入鹽酸中，當(dāng)鐵銹被除盡后，溶液中發(fā)生的化合反應(yīng)的化學(xué)方程式2FeCl₃+Fe═3FeCl₂．
（4）如圖1的哪個(gè)裝置可防止鐵棒被腐蝕BD．

（5）在實(shí)際生產(chǎn)中，可在鐵件的表面鍍銅防止鐵被腐蝕．裝置示意圖如圖2：
請回答：
①A電極對應(yīng)的金屬是銅（寫元素名稱），B電極的電極反應(yīng)式是Cu²⁺+2e^-═Cu．
②若電鍍前鐵、銅兩電極的質(zhì)量相同，電鍍完成后將它們?nèi)〕鱿磧�、烘干、稱量，二者質(zhì)量差為5.12g，則電鍍時(shí)電路中通過的電子為0.08mol．
③鍍層破損后，鍍銅鐵比鍍鋅鐵更容易被腐蝕，請簡要說明原因鐵比銅活潑，鍍層破壞后，在潮濕環(huán)境中形成原電池，鐵為負(fù)極，加速鐵的腐蝕．

Answer 1

分析 （1）高溫條件下，氧化鐵和一氧化碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵和二氧化碳；
（2）鋼鐵在中性環(huán)境下發(fā)生吸氧腐蝕，正極上氧氣放電，負(fù)極是鐵失去電子生成亞鐵離子，生成氫氧化亞鐵被氧氣氧化生成氫氧化鐵，分解得到鐵銹；
（3）鐵銹的成分是Fe₂O₃•xH₂O，能和鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水，鐵和氯化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化亞鐵；
（4）作原電池正極或作電解池陰極的鐵被保護(hù)；
（5）①電鍍時(shí)，鍍層作陽極，鍍件作陰極；
②電鍍時(shí)，陽極上金屬失電子導(dǎo)致金屬質(zhì)量減少，陰極上析出金屬，導(dǎo)致質(zhì)量增加，電鍍后兩極質(zhì)量差的一半為陰極上析出的銅質(zhì)量，根據(jù)析出銅質(zhì)量和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
③作原電池負(fù)極的金屬易被腐蝕．

解答 解：（1）高溫條件下，氧化鐵和一氧化碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ，
故答案為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
（2）鋼鐵在中性環(huán)境下發(fā)生吸氧腐蝕，正極上氧氣放電：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，負(fù)極電極反應(yīng)：Fe-2e^-=Fe²⁺，反應(yīng)生成Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂，2Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，2Fe（OH）₃+（x-3）H₂O=Fe₂O₃•xH₂O，鐵在潮濕的空氣中容易被腐蝕為鐵銹（Fe₂O₃•x H₂O），反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe+3O₂+xH₂O=2Fe₂O₃•xH₂O，
故答案為：4Fe+3O₂+xH₂O=2Fe₂O₃•xH₂O；
（3）鐵銹的成分是Fe₂O₃•xH₂O，能和鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水，氯化鐵具有氧化性，能和鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化亞鐵，
反應(yīng)方程式為2FeCl₃+Fe═3FeCl₂，
故答案為：2FeCl₃+Fe═3FeCl₂；
（4）作原電池正極或作電解池陰極的鐵被保護(hù)，
A．該裝置能構(gòu)成原電池，但鐵作負(fù)極，加速被腐蝕，故A錯(cuò)誤；
B．該裝置能構(gòu)成原電池，鐵作正極而被保護(hù)，故B正確；
C．鐵和水接觸不能被保護(hù)，故C錯(cuò)誤；
D．該裝置是電解池，鐵作陰極而被保護(hù)，故D正確；
故選B D，
故答案為：BD；
（5）①在鐵上鍍銅時(shí)，銅作陽極連接原電池正極，鐵作陰極連接原電池負(fù)極，所以A為銅，B為鐵，鐵電極上銅離子得電子生成銅單質(zhì)，
電極反應(yīng)式為 Cu²⁺+2e^-═Cu，
故答案為：銅；Cu²⁺+2e^-═Cu；
②電鍍時(shí)，陽極上金屬失電子導(dǎo)致金屬質(zhì)量減少，陰極上析出金屬，導(dǎo)致質(zhì)量增加，電鍍后兩極質(zhì)量差的一半為陰極上析出的銅質(zhì)量，
所以陰極上析出銅的質(zhì)量=5.12g×$\frac{1}{2}$=2.56g，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{2.56g}{64g/mol}$=0.08 mol，
故答案為：0.08；
③銅、鐵和電解質(zhì)溶液構(gòu)成的原電池中，鐵作負(fù)極而加速被腐蝕，鐵、鋅和電解質(zhì)溶液構(gòu)成的原電池中，鐵作正極被保護(hù)，所以鍍層破損后，鍍銅鐵比鍍鋅鐵更容易被腐蝕，
故答案為：鐵比銅活潑，鍍層破壞后，在潮濕環(huán)境中形成原電池，鐵為負(fù)極，加速鐵的腐蝕；

點(diǎn)評(píng) 本題以鐵為載體考查了金屬的冶煉、原電池和電解池原理等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)電鍍原理、金屬的腐蝕與防護(hù)來分析解答即可，易錯(cuò)題是（5）②，很多同學(xué)往往認(rèn)為兩極的質(zhì)量差全部為陰極析出的銅而導(dǎo)致錯(cuò)誤，為易錯(cuò)點(diǎn)．