Question

金屬腐蝕造成很大的經濟損失，甚至超過自然災害，其中鋼鐵銹蝕最為嚴重．
（1）鋼鐵在中性溶液中腐蝕時，正極的電極反應式為

 

．
（2）鋼鐵的鈍化處理是達到鋼鐵防腐目的方法之一．經冷的濃HNO₃處理后，其表面有一層致密氧化膜．但在加熱或稀HNO₃中就不能“鈍化”，不同濃度的HNO₃與鐵反應還原產物復雜，其分布曲線如圖所示．
①由圖示可知，密度為1.05g?L^-1的HNO₃與鐵反應還原產物主要是

 

，寫出硝酸與過量鐵反應生成該還原產物的離子方程式

 

．
②由圖示分析可知，HNO₃與鐵反應時隨著硝酸密度的增大生成主要還原產物的規律是

 

．
③若mgFe與含ngHNO₃的硝酸溶液恰好完全反應，HNO₃的還原產物只有NO，則m的取值范圍是

 

．（用含n的代數式表示）
（3）金屬（M）的腐蝕是因為發生反應：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

 

（填序號）．
A．在鐵中摻入鉻、鎳等金屬，改變其內部結構，制成不銹鋼
B．在鐵制品表面鍍鋅
C．將水庫鐵閘門與直流電源的負極相連
D．提高鐵中含碳量，制成生鐵．

Answer 1

分析：（1）鋼鐵在中性環境下發生吸氧腐蝕；
（2）①根據圖象知，該條件下，硝酸主要被還原為NH₄⁺，該濃度下，過量的Fe與硝酸反應生成硝酸亞鐵與硝酸銨、水；
②根據還原產物中氮元素化合價分析解答；
③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，根據電子轉移守恒表示出NO的物質的量，再根據N原子守恒確定m、n關系，據此解答；
（3）金屬防腐蝕的方法有：改變內部結構制成合金不銹鋼，覆蓋保護層，犧牲陽極的陰極保護法，外加電流的陰極保護法等．

解答：解：（1）鋼鐵在中性環境下發生吸氧腐蝕，正極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）①根據圖象知，該條件下，硝酸主要被還原為NH₄⁺，該濃度下，過量的Fe與硝酸反應生成硝酸亞鐵與硝酸銨、水，反應離子方程式為：4Fe+10H⁺+NO₃^-=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O，故答案為：NH₄⁺；4Fe+10H⁺+NO₃^-=4Fe²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
②由圖可知，硝酸的濃度越大，其還原產物中氮元素化合價越高，故答案為：硝酸的濃度越大，其還原產物中氮元素化合價越高；
③生成硝酸鐵時，溶解Fe的質量最小，根據電子轉移守恒n（NO）=

mg 56g/mol ×3

(5-2)

=

m

56

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

m

56

mol+3×

m

56

mol=

ng

63g/mol

，整理得m=

2

9

n，
生成硝酸亞鐵時溶解Fe的質量最大，根據電子轉移守恒n′（NO）=

mg 56g/mol ×2

5-2

=

m

84

mol，根據氮原子守恒可知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，
故答案為：

2

9

n≤m≤

1

3

n；
（3）金屬防腐蝕的方法有：改變內部結構制成合金不銹鋼，覆蓋保護層，犧牲陽極的陰極保護法，外加電流的陰極保護法等，故ABC正確、D錯誤，故選ABC．

點評：本題考查金屬電荷腐蝕與金屬防護、化學反應圖象、常用化學用語、化學計算等，難度中等，（2）中計算注意利用極限法確定m的取值范圍．