Question

（17分）铁、铜及其化合物在工农业生产中应用广泛。

（1）在潮湿空气中，钢铁发生电化学腐蚀转化为Fe(OH)₂的反应方程式为        。在含有等浓度硫酸溶液的下列装置中，铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是             （用序号填写）。

（2）已知：①3Fe（s）+2O_2（g）=Fe₃O₄（s）       H=-1118 kJ·mol^-1

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

则焊接钢轨时铝与Fe₃O₄发生反应生成铁和Al₂O₃的热化学方程式为               。

（3）Na₂FeO₄具有强氧化性，其电解制法如图所示，请写出阳极的电极反应式       。Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其原理是               。

（4）工业上常用FeCl₃溶液腐蚀印刷线路板，发生反应的离子方程式是             。若腐蚀铜板后的溶液中，Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺浓度均为0．1 mol·L^-1 ，结合下图分析，当混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5．6时，溶液中存在的金属阳离子为     。从图中数据计算Fe(OH)₂的溶度积Ksp[Fe(OH)₂]=       。

已知：横坐标为溶液的pH，纵坐标为金属离子的物质的量浓度的对数（当溶液中金属离子浓度10^-5 mol·L^-1时，可认为沉淀完全）。

Answer

（17分）（1）2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2 （2分） ⑤③②①④（2分）

（2）8Al（s）+3Fe3O4（s）=4Al2O3（s）+9Fe（s） △H= −3349.8 kJ·mol－1（2分）

（3）Fe + 8OH- -6e-= FeO42- + 4H2O （2分）

Na2FeO4具有强氧化性，能起到杀菌、消毒作用；高价的铁被还原成的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体，能吸附水中杂质。（3分，仅答对1点给2分）

（4）2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ +Cu2+ （2分） ；Cu2+、Fe2+（2分）； 1.0×10-17(mol·L-1)3（2分）

【解析】

试题分析：（1）在潮湿空气中，钢铁发生电化学腐蚀转化为Fe(OH)2的反应方程式为: 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2；①Zn为负极，Fe为正极，Fe受到保护；②Fe与硫酸发生置换反应，被氧化变为Fe2+，比①腐蚀的快；③构成Fe-Cu原电池，Fe作负极，首先被腐蚀，腐蚀速率③>②；④形成电解池，Fe为阴极，被保护，只要存在外加电源，Fe就不会被腐蚀，所以腐蚀速率④<①；⑤构成电解池。由于Fe为阳极，被氧化，发生氧化反应，腐蚀速率比③快。所以铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是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具有强氧化性，其电解制法如图所示，则在阳极，Fe失去电子，被氧化，与溶液中的OH-结合反应，阳极的电极反应式是Fe + 8OH- -6e-= FeO42- + 4H2O；Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其原理是Na2FeO4中的Fe化合价为+6价，具有强氧化性，能起到杀菌、消毒作用；高价的铁被还原成的Fe3+发生水解反应生成Fe(OH)3胶体，表面积大，吸附能力强，能吸附水中杂质，使之形成沉淀，从水中分离出去，从而使水得到净化。（4）工业上常用FeCl3溶液腐蚀印刷线路板，Fe3+将Cu单质氧化为Cu2+，Fe3+被还原变为Fe2+，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得发生反应的离子方程式是2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ +Cu2+；根据图像可知，在溶液的pH接近3而小于3时，Fe3+已经沉淀完全。所以在溶液的pH=5.6时，溶液中存在的金属阳离子为Cu2+、Fe2+；Fe(OH)2的溶度积Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)∙c2(OH-)=10-5×(10-14÷10-8)2 1.0×10-17(mol·L-1)3。

考点：考查化学反应方程式的书写、金属腐蚀快慢比较、电解原理在物质制备的作用、水的消毒净化的原因分析、氧化还原反应在工业上的应用、沉淀溶解平衡原理的应用的知识。