Question

金屬腐蝕造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至超過自然災(zāi)害，其中鋼鐵銹蝕最為嚴(yán)重，尋求防止鋼鐵腐蝕的方法意義重大．
（1）鋼鐵的表面發(fā)藍(lán)、發(fā)黑處理是常用的防腐方法．下列反應(yīng)是主要反應(yīng)之一．
請配平方程式：

 

 Na₂FeO₂+

 

 NaNO₂+

 

 

═

 

 NaFeO₂+

 

 NH₃↑+

 

 NaOH
（2）鋼鐵的“鈍化”處理也能達(dá)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(hù)膜，但是加熱或在稀HNO₃中就不能“鈍化”．不同濃度的HNO₃與鐵反應(yīng)的還原產(chǎn)物很復(fù)雜，其分布曲線如圖．
①圖示可知，密度為1.05g?mL^-1的硝酸與鐵反應(yīng)時，其最多的還原產(chǎn)物是

 

；密度大于1.35g?mL^-1的硝酸與鐵反應(yīng)時，其還原產(chǎn)物主要是NO₂；分析HNO₃與鐵反應(yīng)的規(guī)律是：

 

．
②m g鐵與含n g HNO₃的硝酸溶液恰好完全反應(yīng)，若硝酸的還原產(chǎn)物只有NO，則m的取值可能是

 

（填字母編號 ）．
A．

1

5

n  B．

2

9

n  C．

1

4

n  D．

1

3

n  E．

1

2

n
③工業(yè)上一般不用冷濃硝酸進(jìn)行鐵表面處理，其可能的原因是：

 

．
（3）金屬M(fèi)的腐蝕是因為發(fā)生反應(yīng)：M-ne^-→Mⁿ⁺，除了上述表面處理的方法外，下列方法也能起到防腐作用的是

 

（填字母編號）．
A．在鐵中摻入銘、鎮(zhèn)等金屬，改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制成不銹鋼
B．在鐵制品表面鍍鋅
C．提高鐵中含碳量，制成生鐵
D．將水庫鐵閘門與直流電源的負(fù)極相連．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)元素化合價變化，結(jié)合電子守恒、原子守恒分析化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)；
（2）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(zhì)量最小，生成硝酸亞鐵時溶解Fe的質(zhì)量最大，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒表示出NO的物質(zhì)的量，再根據(jù)N原子守恒確定m、n關(guān)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(zhì)；
（3）金屬防腐蝕的方法有：改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)制成合金不銹鋼，覆蓋保護(hù)層，犧牲陽極的陰極保護(hù)法，外加電流的陰極保護(hù)法等．

解答：解：（1）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(xué)方程式為：6Na₂FeO₂+NaNO₂+5H₂O═6NaFeO₂+NH₃↑+7NaOH，
故答案為：6；1；5；H₂O；6；1；7；
（2）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(zhì)量最小，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n（NO）=

mg

56g/mol

×

3

5-2

=

m

56

mol，
根據(jù)氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+3n[Fe（NO₃）₃]，即

m

56

mol+

m

56

mol×3=

ng

63g/mol

，整理得整理得m=

2

9

n，
生成硝酸亞鐵時溶解Fe的質(zhì)量最大，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n（NO）=

mg

56g/mol

×

2

5-2

=

m

84

mol，
根據(jù)氮原子守恒可知n（HNO₃）=n（NO）+2n[Fe（NO₃）₂]，
則

m

84

mol+2×

m

56

mol=

ng

63g/mol

，整理得m=

1

3

n
故m的取值范圍為：

2

9

n≤m≤

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(jìn)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(zhì)，
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(yán)重；
（3）金屬M(fèi)的腐蝕是因為發(fā)生反應(yīng)：M-ne^-→Mⁿ⁺，防止腐蝕是避免金屬失電子發(fā)生腐蝕反應(yīng)；
A．在鐵中摻入鉻等金屬制成不銹鋼，原因是用鉻對鋼進(jìn)行合金化處理時，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物．
這種緊密粘附的富鉻氧化物保護(hù)表面，防止進(jìn)一步地氧化．這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨特的表面．
而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反應(yīng)進(jìn)行自我修理，重新形成這種“鈍化膜”，繼續(xù)起保護(hù)作用，故A符合；
B．在鐵制品表面鍍鋅，鋅比鐵活潑做原電池負(fù)極，鐵做正極被保護(hù)，故B符合；
C．提高鐵中含碳量，制成生鐵，含碳越高，碳和鐵在電解質(zhì)溶液中越易形成原電池，鐵做負(fù)極被腐蝕，故C不符合；
D．將水庫鐵閘門與直流電源的負(fù)極相連，形成電解池，閘門做陰極被保護(hù)，故D符合；
故選：A、B、D．

點評：本題考查了氧化還原反應(yīng)的配平及計算，硝酸性質(zhì)的圖象分析，金屬的腐蝕與防護(hù)，題目難度較大．配平的關(guān)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(zhì)．