Question

7．铁及其化合物在国民经济的发展中起着重要作用．
（1）铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀．某同学将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图1所示．液滴边缘是--区（填“正极”或“负极”），其电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

（2）铁钛合金是一种常用的不锈钢材料，某同学在探究该合金的性质时，往含有TiO²⁺、Fe³⁺溶液中加入铁屑至溶液显紫色，该过程中发生的反应有；
①2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺═2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O
②Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O═TiO²⁺（无色）+Fe²⁺+2H⁺
③2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（3）高铁酸钠（Na₂FeO₄）是一种优良的水处理剂．
①FeO₄^2-在水溶液中的存在形态如图2所示，纵坐标表示各存在形态的分数分布．下列说法不正确的是AB（填字母序号）．
A．不论溶液酸碱性如何变化，铁元素都有4种存在形态
B．向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分数逐渐增大
C．向pH=6的这种溶液中加KOH溶液，发生反应的离子方程式为：HFeO₄^-+OH^-═FeO₄^2-+H₂O
②从环境保护的角度看，制备高铁酸盐的较好方法为电解法．用铁片作阳极，NaOH溶液为电解质溶液，电解制备高铁酸钠，其电流效率可达到40%．写出阳极的电极反应式Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O
Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．铁丝网电极是更理想的阳极材料，相同条件下，可将电流效率提高至70%以上，原因是铁丝网的接触面积更大．
若维持电流强度为5.0A，电解20min，理论上可生成Na₂FeO₄1.7g．（己知：F=96500C/mol，答案保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）铁在中性条件下发生吸氧腐蚀，铁作负极，碳作正极，负极上铁失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应；
（2）铁离子具有氧化性，铁能和铁离子发生氧化还原反应；
（3）①A．根据图象知，不论溶液酸碱性如何变化，酸性条件下，高铁酸根离子不存在；
B．向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分数先增大后减小；
C．向pH=6的这种溶液中加KOH溶液，发生反应的离子方程式为：HFeO₄^-+OH^-═FeO₄^2-+H₂O；
②阳极铁失去电子，生成高铁酸盐，电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；铁丝网接触面积增大，加快反应速率，所以电流效率提高至70%以上；结合Q=It，F=96500C/mol，计算电子转移物质的量，依据化学方程式电量关系计算得到Na₂FeO₄物质的量，得到质量．

解答 解：（1）铁在中性条件下发生吸氧腐蚀，铁作负极，碳作正极，负极上铁失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，氢氧根离子和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定被氧化生成氢氧化铁，所以边缘是正极，正极上电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：正极，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）铁和铁离子发生氧化还原反应生成亚铁离子，离子反应方程式为：2Fe³⁺+Fe=3 Fe²⁺，故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）①A．根据图象知，不论溶液酸碱性如何变化，酸性条件下，高铁酸根离子不存在，故错误；
B．向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分数先增大后减小，故错误；
C．向pH=6的这种溶液中加KOH溶液，发生反应的离子方程式为：HFeO₄^-+OH^-═FeO₄^2-+H₂O，故正确；
故选AB；
②阳极铁失去电子，生成高铁酸盐，电极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；铁丝网接触面积增大，加快反应速率，所以电流效率提高至70%以上，维持电流强度为5.0A，电解20min，通过电量为Q=It=5.0A×20×60s=6000C，F=96500C/mol，电子物质的量=$\frac{6000C}{96500C/mol}$=0.062mol，化学方程式计算可知电子转移6mol生成1molNa₂FeO₄，则电子转移0.062mol生成Na₂FeO₄物质的量也为$\frac{0.062mol}{6}$，质量=$\frac{0.062mol}{6}$×166g/mol≈1.7g，
理论上可生成Na₂FeO₄质量为1.7g，故答案为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；铁丝网的接触面积更大；1.7g．

点评 本题考查较综合，涉及氧化还原反应、原电池原理等知识点，难度中等，做题时要正确理解这些概念的内涵，学会书写电极反应式．