Question

19．目前，我國鋼鐵產量居世界第一，為國民經濟的發展奠定了堅實的基礎．
（一）鐵的廣泛應用
（1）我國在西漢時期就有“曾青得鐵則化為銅”之說，用化學方程式表示其原理Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
（2）鐵與鉻（Cr）、鎳（Ni）等金屬熔合可形成“不銹鋼”，用不銹鋼絲和聚乙烯纖維為原料可制作耐酸防護服材料．以上敘述中不涉及到B（選填序號）．
A．合金   B．無機非金屬材料   C．合成材料   D．復合材料
（3）某品牌的麥片中含微量鐵粉，食用后可在胃酸的作用下轉化為人體可吸收的鐵元素，反應的化學方程式為Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑．
（二）鐵銹成分的探究
（1）如圖為某興趣小組探究鐵生銹的三個實驗，最先觀察到鐵銹的是C（選填序號）．

（2）鐵生銹的主要過程為：
Fe$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₂ $\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₃ $\stackrel{風吹日曬}{→}$Fe₂O₃•xH₂O
次要過程為：Fe $\stackrel{O_{2}、CO_{2}、H_{2}O}{→}$FeCO₃
寫出Fe→Fe（OH）₂反應的化學方程式2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂．
（3）鐵銹組分的確定
某鐵銹成分為Fe₂O₃•xH₂O和FeCO₃．為確定其組成，興趣小組稱取此鐵銹樣品25.4g，在科研人員的指導下用如圖裝置進行實驗．

【查閱資料】①Fe₂O₃•xH₂O溫度為110℃，FeCO₃在282℃分解為FeO和CO₂．②溫度高于500℃時鐵的氧化物才能被CO還原．
①裝配好實驗裝置后，首先要檢查裝置的氣密性．
②裝置A中的反應為：H₂C₂O₄（草酸）$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CO↑+CO₂↑+H₂O．通過B、C裝置可得到干燥、純凈的CO氣體，洗氣瓶B中應盛放c（選填序號）．
a．濃硫酸           b．澄清的石灰水        c．氫氧化鈉溶液
③現控制D裝置中的溫度為300℃對鐵銹進行熱分解，直至D裝置中剩余固體質量不再變化為止，冷卻后裝置E增重3.6g，裝置F增重2.2g．則樣品中FeCO₃的質量m（FeCO₃）=5.8g，x=2．
④若缺少G裝置，測得的m（FeCO₃）偏大（選填“偏大”、“偏小”、“不變”，下同），x的值會偏大．
（三）煉鐵過程的探究．
（1）寫出工業上用赤鐵礦（主要成分Fe₂O₃）煉鐵主要原理的化學方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【查閱資料】
用CO還原Fe₂O₃煉鐵的過程大致分為三個階段：
階段1：3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;500～600℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂
階段2：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;600～700℃\;}}{\;}$3FeO+CO₂
階段3：FeO+CO$\frac{\underline{\;＞700℃\;}}{\;}$Fe+CO₂．
（2）將上述300℃熱分解后的D裝置中剩余固體繼續分階段升溫，進行CO還原鐵的氧化物煉鐵過程的探究．加熱時測定D中剩余固體質量隨溫度變化的曲線如圖所示．圖中M點對應的a=18.0．

Answer 1

分析 （一）（1）根據鐵和硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅進行分析；
（2）根據材料的分類解答；
（3）根據胃酸的主要成分是鹽酸，鹽酸和鐵反應會生成氯化亞鐵和氫氣進行分析；
（二）（1）根據鐵生銹的條件進行解答；
（2）根據鐵與水和氧氣作用下生成氫氧化亞鐵進行分析；
（3）①根據有氣體參加或生成的反應，組裝好儀器后，要先檢驗裝置氣密性，再裝藥品進行反應；
②根據草酸分解生成水、二氧化碳、一氧化碳，在一氧化碳參與反應之前，需要先將二氧化碳和水除去進行分析；
③根據濃硫酸有吸水性，堿石灰會與二氧化碳反應進行分析；
④根據空氣中的二氧化碳、水會與堿石灰反應進行分析；
（三）（1）根據一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應生成鐵和二氧化碳進行分析；
（2）根據碳酸亞鐵分解生成氧化亞鐵和二氧化碳，一氧化碳還原氧化鐵的三個階段的反應可知，M點實際是一氧化碳將氧化鐵還原生成了氧化鐵和碳酸亞鐵分解生成氧化亞鐵的質量之和，結合前面計算出的碳酸亞鐵的質量、氧化鐵的質量即可求出M點的數值．

解答 解：（一）（1）硫酸銅溶液遇到金屬鐵時，鐵與硫酸銅發生置換反應能生成金屬銅，化學方程式為：Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄；
（2）不銹鋼絲屬于金屬材料，聚乙烯纖維屬于合成材料，耐酸防護服材料屬于復合材料，故選：B；
（3）胃酸的主要成分是鹽酸，鹽酸和鐵反應會生成氯化亞鐵和氫氣，化學方程式為：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（二）（1）鐵生銹時，需要水分和氧氣同時存在，當有鹽類物質存在時，生銹速度加快，故選：C；
（2）鐵與水和氧氣作用下生成氫氧化亞鐵，化學方程式為：2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；
（3）①有氣體參加或生成的反應，組裝好儀器后，要先檢驗裝置氣密性，再裝藥品進行反應；
②依據質量守恒定律可知，生成物中有氫元素，所以反應物中也必須有氫元素，草酸分解生成水、二氧化碳、一氧化碳，在一氧化碳參與反應之前，需要先將二氧化碳和水除去，濃硫酸有吸水性，氫氧化鈉會與二氧化碳反應，要先除二氧化碳，在除水蒸氣，所以洗氣瓶B中應盛放氫氧化鈉溶液，故選：c；
③濃硫酸有吸水性，堿石灰會與二氧化碳反應，加熱到了300℃，所以一氧化碳不會還原氧化鐵，濃硫酸增加的質量是水的質量，來自鐵銹，堿石灰增加的質量來自碳酸亞鐵分解生成的二氧化碳，所以依據元素守恒進行計算
設碳酸亞鐵的質量為y，
$\frac{12}{116}$×y=$\frac{12}{44}$×2.2g
y=5.8g
所以Fe₂O₃•xH₂O為：25.4g-5.8g=19.6g，氧化鐵的質量為：$\frac{160}{196}$×19.6g=16g
$\frac{2x}{160+18x}$×19.6g=$\frac{2}{18}$×3.6g
            x=2；
④空氣中的二氧化碳、水會與堿石灰反應，導致F裝置中收集的二氧化碳質量偏大，所以碳酸亞鐵質量偏大，Fe₂O₃•xH₂O，所以x質量偏大；
（三）（1）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應生成鐵和二氧化碳，化學方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）設碳酸亞鐵生成的氧化亞鐵質量為a，
FeCO₃→FeO
116     72
5.8g    a
 $\frac{116}{5.8g}$=$\frac{72}{a}$
  a=3.6g
氧化鐵生成的氧化亞鐵質量為b，
Fe₂O₃→2FeO
 160    144
 16g     b
  $\frac{160}{16g}$=$\frac{144}{b}$
  b=14.4g
所以M=14.4g+3.6g=18g．
故答案為：
（一）（1）Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；
（2）B；
（3）Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（二）（1）C；
（2）2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；
（三）（1）檢查裝置的氣密性；
（2）H，c；
（3）5.8，2；
（4）偏大，偏大；
（三）（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）18．

點評 本題考查一氧化碳還原鐵的氧化物的步驟、現象、化學反應式的書寫，以及用不同的方法驗證鐵的存在，需要同學們具有比較全面的化學知識．