Question

（12分）鋼鐵表面發藍（或發黑，在鋼鐵表面形成一層致密的氧化物Fe₃O₄）可提高其耐磨、耐蝕性能。其原理是：

①在NaOH溶液中，將鐵粉溶解在NaNO₂溶液中，除水之外，還可產生A和C。其中C為氣體，能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍。

②A能在過量的NaNO₂溶液中繼續反應，生成B和C。

③A和B的溶液能繼續反應，生成Fe₃O₄。

經研究發現：A和B的焰色反應均為黃色，其導電性實驗均為K₂SO₄型。生成物中A與C、B與C的物質的量之比均為31。回答下列問題：

4-1  寫出并配平化學反應方程式。

4-2  實踐中發現適當提高溫度或增大NaNO₂溶液的濃度有利于氧化膜增厚，但加大NaOH溶液濃度對膜層厚度影響不大。試說明原因。

4-3  發藍層遇光氣（COCl₂），若不及時清洗，則發藍層的完整性將被破壞。寫出有關的化學反應方程式。

4-4  有一種隱形材料D可由B與Zn(NO₃)₂ 反應生成，也可用以硝酸鐵、硝酸鋅、氫氧化鈉等為原料的水熱合成法。請確定D的化學式，并判斷上述制備D的反應是否屬于氧化還原反應。此法所得產品D能夠隱形的原因是什么？

Answer 1

4-1  3 Fe＋NaNO₂＋5NaOH＝3Na₂FeO₂＋NH₃↑＋H₂O

Na₂FeO₂＋NaNO₂＋5H₂O＝3Na₂Fe₂O₄＋NH₃↑＋7NaOH

Na₂FeO₂＋Na₂Fe₂O₄＋2H₂O＝Fe₃O₄＋4NaOH（各1分）

4-2  因NaNO₂是氧化劑，增大NaNO₂濃度可使反應向生成Fe₃O₄方向移動；而升高溫度可以增強NaNO₂的氧化性；由于NaOH是介質，當它的濃度達到一定要求后，再升高c(OH^－)，對化學平衡（生成氧化物層厚度）影響不大，何況還抑制Na₂Fe₂O₄、Fe₃O₄的生成。（3分）

4-3  2 Fe₃O₄＋9COCl₂＝6FeCl₃＋8CO₂↑＋CO↑。（2分）

4-4  D：ZnFe₂O₄；（2分）  非氧化還原反應；（1分） D晶粒直徑應在10nm（納米）左右。（1分）