Question

全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一，而在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀是钢铁腐蚀的主要原因．
（1）钢铁发生吸氧腐蚀电池正极反应方程式为

 

．钢铁电化腐蚀总反应化学方程式为：

 

．
（2）已知：H₂C₂O₄

浓H2SO4  .

△

CO↑+CO₂↑+H₂O，图1选项中，装置

 

可用作草酸分解制取混合气体的发生装置．

（3）某实验小组为测定铁锈样品的组成（假定铁锈中只有两种成份：Fe₂O₃?nH₂O和Fe），利用草酸分解产生的CO和铁锈反应，装置如图2所示．
①为制取干燥、纯净的CO气体，洗气瓶A、B中盛放的药品分别是

 

、

 

．
②在点燃酒精灯之前应进行的操作是：（Ⅰ）检查装置气密性；（Ⅱ）

 

．
③准确称量样品质量10.00g置于硬质玻璃管中，充分反应后冷却、称量（假设每一步反应均完全），固体质量为8.32g；测得D中浓硫酸增重0.72g，则n=

 

．
④在本实验中，使测定结果n偏大的是

 

．
a．未装洗气瓶B　　b．缺少装置A　　c．反应后固体中含有少量Fe₂O₃?nH₂O．

Answer 1

考点：金属腐蚀的化学原理

专题：实验探究和数据处理题,实验设计题

分析：（1）钢铁发生吸氧腐蚀时，负极上铁失电子，正极上氧气得电子生成氢氧根离子；正极和负极反应加和得到总反应；
（2）根据题中信息：草酸在浓硫酸并加热条件下容易脱去水分，分解为二氧化碳和一氧化碳，根据该反应反应物、反应条件进行分析合理的发生装置；
（3）①草酸分解产物中有二氧化碳、一氧化碳和水，要得到干燥、纯净的CO气体，应该先除去二氧化碳，然后使用浓硫酸进行干燥；
②实验前需要检验装置的气密性，然后排尽装置中的空气；
③结合方程式，根据固体减少的质量与浓硫酸增重的质量列关系式计算n值；
④设剩余固体质量为xg、装置D增重yg，则
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O    固体减少的质量为
                         18n    （18n+48）g
                          y        10-x

(18n+48)g

18ng

=

10-x

y

，
整理可得：1+

24

9n

=

10-x

y

，即固体剩余质量越大，测定的n值越大；装置D中质量增重越大，测定的n值越小，据此进行判断．

解答： 解：弱酸性或中性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，负极反应式为Fe-2e^-═Fe²⁺，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，所以正极反应式为O₂+2H₂O+4e^-═OH^-，则总反应为：2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂；
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-═OH^-；2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂；
（2）草酸在浓硫酸并加热条件下容易脱去水分，分解为二氧化碳和一氧化碳，该反应需要加热、还应该能够控制反应开始和停止，综合考虑可知装置d可用于草酸分解制取气体，
故答案为：d；
（3）①为得到干燥、纯净的CO气体，洗气瓶A盛放的为氢氧化钠溶液，用于除去混合气体中的二氧化碳；装置盛放干燥剂浓硫酸，目的为干燥CO；
故答案为：NaOH溶液；浓硫酸；
②实验前需要检查装置气密性是否良好，否则影响测定结果，装置中的空气与CO混合加热会发生爆炸，则点燃酒精灯之前需要将装置中的空气排净，
故答案为：通入混合气体一段时间，排尽空气；
③由题意知，固体质量减少的量为水和氧的量，浓硫酸吸收的量为水，反应方程式为：
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O       固体减少的质量为
                       8ng       （18n+48）g
                      0.72g      10.00g-8.32g
则0.72g×（18n+48）g=18ng×（ 10.00g-8.32g），
解得n=2，
故答案为：2；
④设剩余固体质量为xg、装置D增重yg，则
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O    固体减少的质量为
                         18n    （18n+48）g
                          y       10-x

(18n+48)g

18ng

=

10-x

y

，
整理可得：1+

24

9n

=

10-x

y

，即固体剩余质量越大，测定的n值越大；装置D中质量增重越大，测定的n值越小，
a．缺少洗气瓶B，会导致D中浓硫酸增重质量偏大，计算出的n值偏大，故a正确；
b．缺少装置A，对装置D中的质量无影响，则计算出的n不变，故b错误；
c．反应后固体是铁和少量Fe₂O₃?nH₂O，相当于部分Fe₂O₃?nH₂O没有反应，不影响沉淀结果，故c错误；
故答案为：a；

点评：本题考查了金属的电化学腐蚀、实验基本操作、反应装置的选择，实验测定物质成分的实验方案的设计等知识，题目难度中等，注意根据反应物的状态及反应条件选择反应装置．