Question

【題目】鐵、銅及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

（1）在潮濕空氣中，鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2的反應(yīng)方程式為_______。在含有等濃度硫酸溶液的下列裝置中，鐵腐蝕的速率由快到慢的順序是____________（用序號填寫）。

（2）已知：①3Fe（s）+2O2（g）=Fe3O4（s）H=-1118 kJ·mol-1

②2Al（s）+3/2O2（g）=A12O3（s）H=-1675.7 kJ·mol-1

則焊接鋼軌時鋁與Fe3O4發(fā)生反應(yīng)生成鐵和Al2O3的熱化學(xué)方程式為______________。

（3）Na2FeO4具有強(qiáng)氧化性，其電解制法如圖所示，請寫出陽極的電極反應(yīng)式______。Na2FeO4是一種既能殺菌、消毒，又能絮凝凈水的水處理劑，其原理是______________。

（4）工業(yè)上常用FeCl3溶液腐蝕印刷線路板，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是____________。若腐蝕銅板后的溶液中，Cu2+、Fe3+和Fe2+濃度均為0．1 mol·L-1，結(jié)合下圖分析，當(dāng)混合溶液中通入氨氣調(diào)節(jié)溶液的pH=5．6時，溶液中存在的金屬陽離子為____。從圖中數(shù)據(jù)計算Fe(OH)2的溶度積Ksp[Fe(OH)2]=______。

已知：橫坐標(biāo)為溶液的pH，縱坐標(biāo)為金屬離子的物質(zhì)的量濃度的對數(shù)（當(dāng)溶液中金屬離子濃度10-5mol·L-1時，可認(rèn)為沉淀完全）。

Answer 1

【答案】2Fe + O2+ 2H2O = 2Fe(OH)2 ⑤③②①④ 8Al（s）+3Fe3O4（s）=4Al2O3（s）+9Fe（s） △H= 3349.8 kJ·mol－1 Fe + 8OH--6e-= FeO42-+ 4H2O Na2FeO4具有強(qiáng)氧化性，能起到殺菌、消毒作用；高價的鐵被還原成的Fe3+水解生成Fe(OH)3膠體，能吸附水中雜質(zhì)。 2Fe3+ + Cu = 2Fe2++Cu2+ Cu2+、Fe2+ 1.0×10-17(mol·L-1)3

【解析】

（1）在潮濕空氣中，鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2的反應(yīng)方程式為: 2Fe + O2+ 2H2O = 2Fe(OH)2；①Zn為負(fù)極，Fe為正極，Fe受到保護(hù)；②Fe與硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，被氧化變?yōu)?/span>Fe2+，比①腐蝕的快；③構(gòu)成Fe-Cu原電池，Fe作負(fù)極，首先被腐蝕，腐蝕速率③>②；④形成電解池，Fe為陰極，被保護(hù)，只要存在外加電源，Fe就不會被腐蝕，所以腐蝕速率④<①；⑤構(gòu)成電解池。由于Fe為陽極，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，腐蝕速率比③快。所以鐵腐蝕的速率由快到慢的順序是⑤③②①④；

（2）②×4-①×3，整理可得：8Al(s)+3Fe3O4(s)=4Al2O3(s)+9Fe(s) △H= 3349.8 kJ·mol－1；（3）Na2FeO4具有強(qiáng)氧化性，其電解制法如圖所示，則在陽極，Fe失去電子，被氧化，與溶液中的OH-結(jié)合反應(yīng)，陽極的電極反應(yīng)式是Fe + 8OH--6e-= FeO42-+ 4H2O；Na2FeO4是一種既能殺菌、消毒，又能絮凝凈水的水處理劑，其原理是Na2FeO4中的Fe化合價為+6價，具有強(qiáng)氧化性，能起到殺菌、消毒作用；高價的鐵被還原成的Fe3+發(fā)生水解反應(yīng)生成Fe(OH)3膠體，表面積大，吸附能力強(qiáng)，能吸附水中雜質(zhì)，使之形成沉淀，從水中分離出去，從而使水得到凈化。（4）工業(yè)上常用FeCl3溶液腐蝕印刷線路板，Fe3+將Cu單質(zhì)氧化為Cu2+，Fe3+被還原變?yōu)?/span>Fe2+，根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒，可得發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Fe3+ + Cu = 2Fe2++Cu2+；根據(jù)圖像可知，在溶液的pH接近3而小于3時，Fe3+已經(jīng)沉淀完全。所以在溶液的pH=5.6時，溶液中存在的金屬陽離子為Cu2+、Fe2+；Fe(OH)2的溶度積Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)c2(OH-)=10-5×(10-14÷10-8)21.0×10-17(mol·L-1)3。