Question

钢铁工业是国家工业的基础，钢铁生锈现象却随处可见，为此每年国家损失大量资金。请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。

（1）钢铁的电化学腐蚀原理如图所示：

①写出石墨电极的电极反应式______；

②将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置，请在如图虚线框内所示位置作出修改，并用箭头标出导线中电子流动方向。______

③写出修改后石墨电极的电极反应式______。

（2）生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式_____。

(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图：

①A电极对应的金属是__(写元素名称)，B电极的电极反应式是____。

②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为___ mol。

③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因___。

Answer

O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2FeCl3＋Fe===3FeCl2 铜 Cu2＋＋2e－===Cu 0.08 铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀

【解析】

(1)中性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，铁作负极，石墨作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，要保护钢铁不受腐蚀，可以把铁设计成电解池的阴极，与电源负极相连接，设计成电解池后，石墨作阳极，阳极上氯离子放电；

(2)氧化铁可以和盐酸之间反应生成氯化铁和水，金属铁可以和氯化铁之间反应得到氯化亚铁；

(3)①在铁件的表面镀铜时，金属铜必须是阳极材料，金属铁为阴极，根据电解池的工作原理来回答；

②电镀时，电镀时，镀层连接正极，镀件连接电源负极，镀层作阳极，镀件作阴极，电解质溶液中含有镀层金属元素，阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应，根据金属质量和转移电子之间的关系式计算；

③在原电池中，负极金属易被腐蚀，正极上的金属被保护。

(1)①中性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，该电池反应为2Fe+2H2O+O2═2Fe(OH)2，铁作负极，石墨作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；

②要保护钢铁不受腐蚀，可以把铁设计成电解池的阴极，与电源负极相连接，设计成电解池后，石墨作阳极，阳极上氯离子放电，即虚线框内所示位置作出的修改以及导线中电子流动的方向如下图：；

③修改后石墨电极为阳极，氯离子放电，则电极反应式为2Cl-+2e-=Cl2↑；

(2)氧化铁可以和盐酸之间反应生成氯化铁和水，当铁锈除净后，金属铁可以和氯化铁之间反应得到氯化亚铁，即2FeCl3+Fe=3FeCl2；

(3)①在铁件的表面镀铜，金属铜必须是阳极材料，发生电极本身失电子的氧化反应，且金属铁为阴极，发生电极反应：Cu2++2e-=Cu；

②阳极上铜质量减少，阴极上铜质量增加，二者质量差为5.12g时，阴极上析出铜的质量为2.56g，根据铜和转移电子之间的关系式知，转移电子的物质的量=×2=0.08mol；

③镀铜铁中由于铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀，但是镀锌的铁镀层破损后，金属Zn为负极，金属铁为正极，正极金属被保护。