Question

15．Ⅰ．如图所示，在大试管里放入一段光亮无锈的弯成螺旋状的铁丝，把试管倒插入水中，把这个装置这样放置约一周后，观察到铁丝发生的变化是铁丝表面形成一层红棕色铁锈，原因是铁发生吸氧腐蚀．试管里的水面会上升，最终上升高度约为$\frac{1}{5}$，原因是O₂约占空气的$\frac{1}{5}$，因正极发生反应O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，当O₂消耗尽时，水上升高度约为$\frac{1}{5}$．

Ⅱ．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸．
（1）A中反应的离子方程式为Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）B中Sn电极的电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，Sn电极附近溶液的pH增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）C中被腐蚀的金属是锌，总反应式为Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑．比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是B＞A＞C．

Answer 1

分析 Ⅰ．铁丝与氧气接触，有水参加发生吸氧腐蚀，铁生锈了，消耗了氧气，导致了试管内气压降低，大气压将水压入试管中，根据铁的吸氧腐蚀原理分析即可；
Ⅱ．（1）铁的化学性质，能与酸反应；
（2）根据金属活泼性判断原电池的正负极；根据电极反应式得出正确结论；
（3）根据金属活泼性判断原电池的正负极，得出正确结论；电化学腐蚀的速率大于化学腐蚀的速率，金属做原电池正极时得到保护．

解答 解：Ⅰ．在大试管里固定一段光亮无锈的弯成螺旋状的铁丝，把试管倒插入水中，把这个装置这样放置一周后，铁丝发生吸氧腐蚀，铁丝表面生锈；
发生吸氧腐蚀，负极的电极反应为：2Fe-4e^-═2Fe²⁺，正极的电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
溶液中Fe²⁺和2OH^-反应生成Fe（OH）₂被氧气氧化为Fe（OH）₃，最后Fe（OH）₃分解为Fe₂O₃，反应方程为：
Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂
4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃
2Fe（OH）₃═Fe₂O₃+3H₂O；
空气中氧气大约占了$\frac{1}{5}$，当正极反应中O₂消耗尽时水上升高度约为$\frac{1}{5}$；
故答案为：铁丝表面形成一层红棕色铁锈；铁发生吸氧腐蚀；$\frac{1}{5}$；O₂约占空气的$\frac{1}{5}$，因正极发生反应O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，当O₂消耗尽时，水上升高度约为$\frac{1}{5}$；
Ⅱ．（1）铁与硫酸反应的离子方程式为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，故答案为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）铁比锡活泼，锡为原电池正极，电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑；氢离子浓度减小，溶液的pH值增大，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；增大；
（3）锌比铁活泼，锌为原电池负极，被腐蚀，负极电极反应式为Zn-2e^-=Zn²⁺，正极：2H⁺+2e^-=H₂↑，总反应方程式为Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑；A发生化学腐蚀，B发生电化学腐蚀，C锌比铁活泼，铁做原电池的正极而被保护，电化学腐蚀的速率大于化学腐蚀的速率，
故答案为：锌；Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑；B＞A＞C．

点评 本题考查了原电池的工作原理和电极反应式的书写以及金属的活泼性的比较，难度不大，注意吸氧腐蚀的原理．