Question

【題目】鋼鐵行業是我國國民經濟的支柱性產業，我國鋼鐵生產總量占世界鋼鐵生產總量的50%以上。

⑴鋼是一種鐵合金，其硬度比純鐵________（填“大”或“小”），鋼鐵生銹實際是鐵與空氣中的________發生了化學反應。請寫出一種能防止鋼鐵生銹的措施______________。

⑵下圖是某興趣小組用實驗室裝置模擬煉鐵的化學原理圖，用于測定赤鐵礦中氧化鐵的質量分數。

①裝置A中發生反應的化學方程式為___________；裝置B中發生反應的化學方程式為________；裝置C的作用是______________；

②裝置氣密性良好，假設反應完全且赤鐵礦中的雜質不參加反應，稱重赤鐵礦樣品的質量為wg，則要測定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質量分數，需要測量的數據是____________或_____________。

⑶某研究性學習小組將Fe和Fe2O3的混合物與稀硫酸反應以測定混合物中Fe2O3的質量分數。稱取樣品27.2g，與質量分數為20%的稀硫酸充分反應，當加入196g稀硫酸時固體粉末恰好完全溶解，此時收集到0.2g氫氣，請寫出Fe和Fe2O3分別與稀硫酸反應的化學方程式__________、_________。

【提出疑問】小明根據已有知識推斷固體溶解后溶液中的溶質為Fe2(SO4)3和________，并據此計算出鐵的質量5.6g，進一步計算發現需要硫酸的總質量比實際消耗的________（填“多”或“少”）。

【查閱資料】Ⅰ、含Fe3+的溶液中滴加硫氰化鉀（KSCN）溶液后溶液呈紅色；含Fe2+的溶液中滴加硫氰化鉀溶液后溶液無明顯現象。

Ⅱ、Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4

【繼續探究】小明向反應后的溶液中滴加KSCN溶液，無明顯現象。則溶液中肯定不含________。

【分析計算】計算出27.2gFe和Fe2O3的混合物中Fe2O3的質量分數______。（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】 大 氧氣和水 表面涂油、刷漆等 Fe2O3+3CO 高溫2Fe+3CO2 2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O 除去未反應的CO，防止污染空氣 反應后裝置A中藥品的質量 測出反應前后裝置B增加的質量 Fe+H2SO4= FeSO4+H2↑ Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O FeSO4 多 Fe2(SO4)3 58.8%

【解析】⑴合金的硬度、強度、耐腐性通常比純金屬的高；鐵生銹是鐵與氧氣、水共同作用的結果，所以防銹的方法有隔絕氧氣、保持金屬表面潔凈干燥、改變金屬的組成和結構（制成合金）；⑵①裝置A中一氧化碳和氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，發生反應的化學方程式為Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2；裝置B中氫氧化鈉和二氧化碳發生反應生成碳酸鈉，化學方程式為2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O；裝置C的作用是點燃尾氣中的一氧化碳，防止污染空氣；②如反應完全且赤鐵礦中的雜質不參加反應，稱重赤鐵礦樣品的質量為wg，則要測定該赤鐵礦樣品中氧化鐵的質量分數，需要測量的數據是反應后裝置A中藥品的質量（固體減少的質量即為氧化鐵中氧元素的質量，根據氧化鐵的化學式計算氧化鐵中氧元素的質量分數，氧元素的質量除以氧化鐵中氧元素的質量分數就是氧化鐵的質量，氧化鐵的質量除以wg，即可得赤鐵礦樣品中氧化鐵的質量分數）或測出反應前后裝置B增加的質量（增加的質量就是反應生成二氧化碳的質量，由化學方程式計算出氧化鐵的質量，氧化鐵的質量除以wg，即可得赤鐵礦樣品中氧化鐵的質量分數）；⑶鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，反應方程式為：Fe+H2SO4= FeSO4+H2↑；氧化鐵和硫酸反應生成硫酸鐵和水，反應方程式為：Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O；【提出疑問】根據鐵、氧化鐵與硫酸的反應方程式可推斷固體溶解后溶液中的溶質為Fe2(SO4)3和FeSO4，由生成氫氣的質量為0.2g,可計算出單質鐵的質量5.6g

設5.6g完全反應消耗硫酸的質量為x

Fe + H2SO4= FeSO4+H2↑

56 98

5.6g x

x=9.8g 則需要硫酸溶液的質量為：9.8g÷20%=49g

設氧化鐵反應的硫酸質量為y

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O

160 294

27.2g-5.6g y

y=39.69g 則需要硫酸溶液的質量為：39.69g÷20%=198.45g

共消耗硫酸溶液：49g+198.45g>196g

【繼續探究】由題中信息可知：含Fe3+的溶液中滴加硫氰化鉀（KSCN）溶液后溶液呈紅色；含Fe2+的溶液中滴加硫氰化鉀溶液后溶液無明顯現象。向反應后的溶液中滴加KSCN溶液，無明顯現象。則溶液中肯定不含Fe3+；

【分析計算】由于最終鐵元素都以硫酸亞鐵的形式存在，設鐵元素的總質量為m

H2SO4 ~ FeSO4 ~ Fe

98 56

196g m

x=22.4g

其中有5.6g鐵與硫酸反應生成氫氣，其余的鐵來自于Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4，由化學方程式可知三分之一的鐵是該反應中的單質鐵，三分之二的鐵是硫酸鐵中，即氧化鐵中的鐵（因氧化鐵和硫酸生成硫酸鐵和水），因此可知氧化鐵中的鐵元素是11.2g，設氧化鐵的質量為n，

2Fe ~ Fe2O3

112 160

11.2g n

112/11.2g=160/n n=16g

即27.2gFe和Fe2O3的混合物中Fe2O3的質量為16g,混合物中氧化鐵的質量分數為：

16g ÷27.2g×100%≈58.8%。

答：混合物中Fe2O3的質量分數為58.8%