Question

20．材料是人類賴以生存和發展的重要物質，目前使用量最多的金屬材料仍然是鋼鐵
（一）鐵材料的有關知識
1、人類使用金屬先后經歷了“青銅”、“鐵器”時代，直到近代才開始大量使用鋁材料．
這也反映出Cu、Fe、Al三種金屬的活動性由強到弱的順序是Al、Fe、Cu．
2、鋼鐵材料通常分為生鐵和鋼．如圖1是我國1997年發行的紀念鋼產量首次突破1億噸的郵票．郵票通常密封保存在聚乙烯塑料袋中
①以上敘述中不涉及到的材料是B（選填序號）．
A．合金 B．無機非金屬材料 C．有機合成材料
②以赤鐵礦為原料冶煉鐵反應的化學方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
③鋼鐵露置在空氣中易生銹，請提出防止其生銹的一種措施涂油．
（二）鐵及其化合物的實驗
1、將Fe粉溶于稀H₂SO₄，此反應屬于置換反應（填基本反應類型）．用點燃法檢驗生成的H₂前必須驗純．
2、向上述反應后的溶液中滴加NaOH溶液，生成白色Fe（OH）₂沉淀，隨后沉淀變為灰綠色．
①生成Fe（OH）₂反應的化學方程式2NaOH+FeSO₄=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄．
②白色沉淀變為灰綠色的原因之一是部分Fe（OH）₂接觸空氣生成Fe（OH）₃，反應的化學方程式4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．（2分）生成的Fe（OH）₃分解為Fe₂O₃．
③過濾、洗滌、低溫干燥得到灰綠色固體，其組成為2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃〔相對分子質量為644]．能證明固體已洗凈的方法為取少量洗滌液于試管中，滴加氫氧化鈉溶液，沒有明顯變化．
（三）灰綠色固體的熱分解實驗
興趣小組稱取此固體6.44g，在科研人員的指導下用如圖2裝置進行熱分解實驗．
[查閱資料]
①Fe（OH）₂在150℃～200℃時完全分解為FeO；
②FeSO₄在450℃～500℃時完全分解為Fe₂O₃，2FeSO₄$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
1、加熱前后及過程中均通入N₂，加熱前通N₂的目的是將裝置內的空氣趕出．
2、控制溫度在不同的范圍對A中樣品加熱，測得剩余固體質量隨溫度的變化如圖3所示．B裝置中濃硫酸只能吸收SO₃和H₂O，當加熱到t₁℃時，裝置C中的現象為紫紅色的溶液顏色慢慢變淺．
①圖3中E點對應的m₁=6.08．
②圖3中F點對應物質中Fe₂O₃的質量為3.2g．
③科研人員將F點所得剩余固體隔絕空氣，在密閉容器中加熱到1400℃，得到純凈的磁性Fe₃O₄．已知加熱過程中發生兩個反應，且反應前后固體總質量不變．請寫出其中一個反應的化學方程式Fe₂O₃+FeO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄．

Answer 1

分析 （一）1、根據金屬的活動性順序來分析；
2、根據材料的分類、化學方程式的寫法以及防銹措施來分析；
（二）1、根據基本反應類型的判斷方法以及氫氣的檢驗方法來分析；
2、根據反應原理以及化學方程式的寫法來分析解答；
（三）根據加熱前裝置內有空氣來分析；根據高錳酸鉀具有氧化性來分析；根據2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃中的氫氧化亞鐵分解為FeO來分析；根據FeSO₄的質量來計算Fe₂O₃的質量；根據題干信息來分析解答．

解答 解：（一）1、Cu、Fe、Al三種金屬的活動性由強到弱的順序是Al、Fe、Cu；故填：Al、Fe、Cu；
2、①鋼和生鐵屬于金屬材料、聚乙烯塑料屬于有機合成材料，不包括無機非金屬材料；故填：B；
②用一氧化碳還原氧化鐵煉鐵，主要是利用CO的還原性，在高溫下和氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
③鐵生銹的條件是與氧氣和水共同接觸，只要將鐵制品與水或氧氣隔絕就行了，所以在鐵制品表面涂油、噴漆即可；故填：涂油（答案合理即可）；
（二）1、鐵與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，是由一種單質與一種化合物反應生成新的單質與新的化合物，屬于置換反應，氫氣具有可燃性，若不純點燃可能會發生爆炸，所以點燃氫氣之前，一定要驗純；故填：置換反應；驗純；
2、①硫酸亞鐵與氫氧化鈉發生復分解反應生成氫氧化亞鐵和硫酸鈉；故填：2NaOH+FeSO₄=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；
②氫氧化亞鐵、水與氧氣反應生成氫氧化鐵；故填：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
③若沒有洗凈則洗滌液中含有亞鐵離子，可取少量洗滌液于試管中，滴加氫氧化鈉溶液，若出現白色沉淀則沒有洗凈，否則就洗凈了；故填：取少量洗滌液于試管中，滴加氫氧化鈉溶液，沒有明顯變化；
（三）1、加熱前，通入一段時間N₂的目的是將裝置內的空氣趕出，故填：將裝置內的空氣趕出；
2、高錳酸鉀具有氧化性，能吸收二氧化硫，溶液由紫紅色變淺，故填：紫紅色的溶液顏色慢慢變淺；
①圖3中E點對應的m₁為2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃中的氫氧化亞鐵分解為FeO后剩余固體的質量，設生成水的質量為x
2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃--2H₂O
             644                             36
            6.44g                            x
$\frac{644}{36}=\frac{6.44g}{x}$
x=0.36g
則m₁=6.44g-0.36g=6.08g；故填：6.08；
②設生成Fe₂O₃的質量為y，
6.44g2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃中含有FeSO₄的質量為：6.44g×$\frac{152×2}{644}×100%$=3.04g
6.44g2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃中含有Fe₂O₃的質量為：6.44g×$\frac{160}{644}×100%$=1.6g
2FeSO₄$\frac{\underline{\;450℃～500℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑
  304                             160
3.04g                             y
$\frac{304}{160}=\frac{3.04g}{y}$
圖3中F點對應物質中Fe₂O₃的質量為1.6g+1.6g=3.2g；故填：3.2；
③氧化鐵與氧化亞鐵在高溫的條件下反應生成了四氧化三鐵；故填：Fe₂O₃+FeO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄．

點評 本題綜合考查了金屬的活動性、材料的分類、金屬的冶煉、金屬的防銹、物質的制備，具有一定的難度，解答時要根據所學知識、結合題干信息認真分析解答．