Question

工业上常用强的氧化剂处理钢件，使其表面形成致密、光滑的四氧化三铁氧化膜，以增强钢铁的抗腐蚀能力，这种处理叫做“发蓝”或“发黑”． 其过程主要有：去污、酸洗、氧化处理、皂化、热水煮沸、检查等步骤．钢件表面氧化过程可分为三个阶段：①Fe→Na₂FeO₂；②Na₂FeO₂→Na₂Fe₂O₄；③Na₂FeO₂+Na₂Fe₂O₄→Fe₃O₄．请回答以下问题：
（1）酸洗时常用稀硫酸除去表面的铁锈，写出除锈时的离子方程式

 

．
（2）将钢件浸入130℃以上含有NaNO₂和NaOH溶液中，逸出一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，片刻后铁片表面变黑．请写出该气体的电子式

 

，氧化处理时第一阶段反应的化学方程式为

 

．
（3）在发黑的过程中可能会形成有害的氧化铁红色胶状物Fe2O3?H2O，其原因可能是

 

．钢件能否长时间耐腐蚀是衡量“发黑”效果的重要指标，请设计检验钢件表面处理效果的实验方案

 

．
（4）氧化处理中产生大量含NO₂^-和OH^-?的废水，某同学设计以下方案处理废水：
操作1：调节溶液pH接近中性
操作2：加入适量的氯化铵溶液并加热至沸，产生大量气体，该气体为大气的主要成分
①操作1和操作2的顺序能否对调？请说明理由

 

．
②为减轻处理后的产物对环境造成二次污染，下列适合处理含NO₂^-废水的物质是

 

．
A．O₃B．KIC．K₂Cr₂O₇D．NaClO
③经处理后，水中NO₂^-浓度降为5.0×10^-4mol?L^-1，取该溶液1mL于试管中，滴加2滴（约0.1mL）2.0mol?L^-1的AgNO₃溶液，通过计算判断能否产生沉淀

 

．[已知K_SP（AgNO₂）=5.8×10^-4，不考虑其他离子的反应]．

Answer 1

分析：（1）铁锈的主要成分为Fe₂O₃?xH₂O；
（2）能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，由①Fe→Na₂FeO₂和（2）中所给物质可以得出此反应的反应物和产物，配平即得方程式；
（3）亚铁酸钠、铁酸钠均属于强碱弱酸盐，在水溶液中均可以发生水解；通过观察化学反应速率来确定钢件的耐腐蚀性；
（4）①NH₄⁺大量与OH^-反应逸出污染大气的气体；
②NO₂^-具有很强的还原性，要从强氧化性物质中找，Cr³⁺属于重金属离子；
③比较离子浓度熵与Ksp的大小．

解答：解：（1）铁锈的主要成分为Fe₂O₃?xH₂O，铁锈溶液稀硫酸之后发生Fe₂O₃+6H⁺=2Fe²⁺+3H₂O，故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe²⁺+3H₂O；
（2）能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为碱性气体，NaNO₂在氧化处理时第一阶段反应中作还原剂，故此气体必为氨气，其电子式为；结合Fe→Na₂FeO₂可知，此反应的反应物为NaOH以及还原剂Fe、氧化剂NaNO₂，生成物为Na₂FeO₂和氨气和水，配平得3Fe+NaNO₂+5NaOH=3Na₂FeO₂+NH₃↑+H₂O，
故答案为：；3Fe+NaNO₂+5NaOH=3Na₂FeO₂+NH₃↑+H₂O；
（3）亚铁酸钠、铁酸钠均属于强碱弱酸盐，在水溶液中均可以发生水解，水解的产物通过氧化还原反应、分解反应等反应最终形成有害的氧化铁红色胶状物；通过观察能与铁发生化学反应的物质（如硫酸铜溶液、稀盐酸等）和钢板反应的快慢来判断钢材耐腐蚀能力，出现较明显现象时间越长，说明耐腐蚀性能越好，
故答案为：亚铁酸钠、铁酸钠发生水解，最终形成Fe₂O₃?H₂O；取一小块处理后的钢件，在其表面上滴加几滴硫酸铜溶液，若出现红色物质（斑点）所需时间越长，表示其氧化膜耐腐蚀性越好；
（4）①铵根离子与氢氧根离子反应生成氨气，氨气是一种具有刺激性气味的气体，如果操作1和操作2的顺序对调，则会污染空气，故答案为：不能，若对调，则NH₄⁺大量与OH^-反应逸出氨气；
②NO₂^-具有很强的还原性，需要加氧化剂除掉，故排除B，在选项A、C、D三种强氧化剂中，K₂Cr₂O₇被NO₂^-还原为重金属离子Cr³⁺造成二次污染，故选：AD；
③c（Ag⁺）?c（NO₂^-）=

0.1

1.1

×2.0×

1

1.1

×5.0×10^-4=0.83×10^-4＜K_SP（AgNO₂）=5.8×10^-4，此时溶液不饱和，所以没有沉淀生成，
故答案为：c（Ag⁺）?c（NO₂^-）=

0.1

1.1

×2.0×

1

1.1

×5.0×10^-4=0.83×10^-4＜5.8×10^-4，所以没有沉淀生成．

点评：本题以元素及其化合物为载体，考查氧化还原反应原理、水解原理，并渗透着环保意识，其中方程式书写和计算是易失分点．