Question

5．鐵及其化合物在日常的生活中應用廣泛，請根據下列實驗回答問題：
（1）鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕的正極反應式為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-
（2）生鐵中含有一種鐵碳化合物X（Fe₃C）．X在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體Y，Y可溶于過量鹽酸，形成黃綠色的溶液，寫出Y與硫酸反應的化學方程式：Fe₃O₄+3H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
若要檢驗反應后溶液中的Fe²⁺離子，應選用d（填寫序號）．
a．KSCN溶液和氯水 b．鐵粉和KSCN溶液
c．濃氨水 d．酸性KMnO₄溶液
（3）實驗研究發(fā)現，硝酸發(fā)生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低．現有一定量鋁粉和鐵粉的混合物與一定體積某濃度的稀硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出（N元素被還原為NH₄⁺）．在反應結束后的溶液中，逐滴加入4mol•L^-1的NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積（mL）與產生的沉淀的物質的量關系如圖所示．則

①反應過程中，寫出鋁與硝酸反應的離子方程式：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O．
②混合物與硝酸反應后，Fe的存在形式是Fe³⁺，理由是反應中硝酸有剩余
③B與A的差值為0.008mol．
④C點對應的溶液體積為7mL．

Answer 1

分析 （1）鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕，正極正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子；
（2）Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體Y為四氧化三鐵，四氧化三鐵與硫酸反應生成硫酸鐵、硫酸亞鐵與水；
亞鐵離子具有還原性，可以是酸性高錳酸鉀溶液褪色褪色；
（3）①②通過題意，反應始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，鋁粉和鐵粉被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，反應后溶液加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸反應，再生成沉淀，當沉淀完全后，由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
③B與A的差值為氫氧化鋁的物質的量，由EF段消耗的氫氧化鈉，根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，可以得出Al（OH）₃的物質的量；
④根據NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O 得出n（NH₄⁺）=（34-31）×10^-3L×5mol/L=0.03 mol，根據氧化還原反應，N元素由+5價變?yōu)?3價，而金屬都由0價變?yōu)?3價，運用電子守恒得出金屬的物質的量，再計算CD段消耗氫氧化鈉溶液體積，進而計算C點消耗NaOH的體積．

解答 解：（1）鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時構成原電池，鐵易失電子作負極，碳作正極，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，
故答案為：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；
（2）Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體Y為四氧化三鐵，四氧化三鐵與硫酸反應生成硫酸鐵、硫酸亞鐵與水，反應方程式為：Fe₃O₄+3H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
a．原溶液中含有鐵離子，影響亞鐵離子檢驗，故a錯誤；
b．鐵粉與鐵離子反應，不能檢驗亞鐵離子，故b錯誤；
c．濃氨水與鐵離子反應生成氫氧化鐵沉淀，會影響亞鐵離子檢驗，故c錯誤；
d．亞鐵離子具有還原性，可以使酸性KMnO₄溶液溶液顏色褪去，可以檢驗亞鐵離子，故d正確，
故答案為：Fe₃O₄+3H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；d；
（3）通過題意，反應始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，鋁粉和鐵粉被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，反應后溶液加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸反應，再生成沉淀，當沉淀完全后，由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
①反應過程中，鋁與硝酸反應的離子方程式：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，
故答案為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O；
②混合物與硝酸反應后，Fe的存在形式是Fe³⁺，理由是：反應中硝酸有剩余，
故答案為：Fe³⁺；反應中硝酸有剩余；
③由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為36mL-34m=2mL，故該計算參加反應的氫氧化鈉為0.002L×4mol/L=0.008mol，根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質的量為0.008mol，
故答案為：0.008mol；
④由圖可知，DE段消耗的氫氧化鈉的體積為34mL-31m=3mL，故該階段參加反應的氫氧化鈉為0.003L×4mol/L=0.012mol，根據NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 可知，溶液中n（NH₄⁺）=0.012ml，N元素由+5價變?yōu)?3價，而金屬都由0價變?yōu)?3價，由電子守恒得出金屬的物質的量為0.012mol×8÷3=0.032 mol，所以CD段消耗NaOH的體積為：$\frac{0.032mol×3}{4mol/L}$=0.024L=24mL，則C點NaOH溶液體積為31mL-24mL=7mL，
故答案為：7．

點評 本題考查金屬與硝酸的反應、離子方程式的書寫、氧化還原反應、混合物計算、金屬電化學腐蝕等知識點，難度較大，清楚圖中各階段反應過程，據此判斷出硝酸的還原產物以及電子轉移守恒的運用是解題關鍵．