Question

14．有同學研究從礦石開始到產出鋼鐵的工藝流程．
（1）將6.62g鐵礦石樣品投入足量的鹽酸中完全溶解后過濾，濾渣中不含鐵元素．在濾液中加過量的NaOH溶液，充分反應，過濾、洗滌、灼燒得4.80g Fe₂O₃，求該鐵礦石含鐵的質量分數．
（2）現以該鐵礦石為原料煉鐵，若生產過程中鐵元素損失4%，計算每生產1.00噸生鐵（含鐵96%），至少需要這種鐵礦石多少噸？（保留兩位小數）
（3）取某鋼樣粉末28.12g（假設只含Fe和C），在氧氣流中充分反應，得到CO₂氣體224mL（標準狀況）．計算此鋼樣粉末中鐵和碳的物質的量之比．
（4）再取三份不同質量的上述鋼樣粉末，分別加到100mL相同濃度的H₂SO₄溶液中，充分反應后，測得的實驗數據如下表所示：

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入鋼樣粉末的質量/g	2.812	5.624	8.436
生成氣體的體積/L（標準狀況）	1.120	2.240	2.800

計算硫酸溶液的物質的量濃度
（5）若在實驗Ⅱ中繼續加入mg鋼樣粉末，計算反應結束后剩余的固體質量為多少？（用含m的代數式表示）

Answer 1

分析 （1）4.80gFe中m（Fe）=4.80g×$\frac{112}{160}$=3.36（g），該鐵礦石中含鐵的質量分數=$\frac{m（Fe）}{礦石質量}×100%$；
（2）設鐵礦石的質量為x，x×$\frac{3.36g}{6.62g}×100%$×（1-4%）=1.00t×96%，據此計算鐵礦石質量；
（3）n（C）=0.224L÷22.4L•mol^-1=0.010mol
m（C）=0.010mol×l2g•mol^-1=0.12g
n（Fe）=$\frac{28.12g-0.12g}{56g/mol}$=0.5mol；
（4）根據表中數據知，II中固體質量是I的2倍，生成氣體體積是I的2倍，說明硫酸可能恰好完全反應也可能沒有完全反應，III中固體質量是I的3倍，但生成氣體體積小于I的3倍，說明III中硫酸完全反應，根據氫氣體積計算硫酸的物質的量，根據c=$\frac{n}{V}$計算硫酸物質的量濃度；
（5）根據樣品中鐵是否完全溶解分析，剩余固體還包含碳的質量．

解答 解：（1）4.80gFe中m（Fe）=4.80g×$\frac{112}{160}$=3.36（g），該鐵礦石中含鐵的質量分數=$\frac{m（Fe）}{礦石質量}×100%$=$\frac{3.36g}{6.62g}×100%$=51%，
答：該鐵礦石含鐵的質量分數為51%；
（2）設鐵礦石的質量為x，x×$\frac{3.36g}{6.62g}×100%$×（1-4%）=1.00t×96%，x=$\frac{1.00×96%}{\frac{3.36g}{6.62g}×100%×（1-4%）}$=1.97t，
答：至少需要這種鐵礦石1.97t；
（3）n（C）=0.224L÷22.4L•mol^-1=0.010mol
m（C）=0.010mol×l2g•mol^-1=0.12g
n（Fe）=$\frac{28.12g-0.12g}{56g/mol}$=0.5mol，
則n（Fe）：n（C）=0.5mol：0.010mol=50：1
答：該樣品中Fe、C的物質的量之比為50：1；
（4）根據表中數據知，II中固體質量是I的2倍，生成氣體體積是I的2倍，說明硫酸可能恰好完全反應也可能沒有完全反應，III中固體質量是I的3倍，但生成氣體體積小于I的3倍，說明III中硫酸完全反應，
根據實驗Ⅲ可得：
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
1 mol                22.4L
n（H₂SO₄）      2.800L
n（H₂SO₄）=0.125mol
c（H₂SO₄）=0.125mol÷0.1L=1.25mol•L^-1
答：硫酸的物質的量濃度是1.25mol/L；
（5）當鋼樣粉末中的鐵未全部溶解時（m＞1.406g），
剩余的固體質量為：（5.624g+mg）-0.125mol×56g•mol^-1=（m-1.376）g
當鋼樣粉末中的鐵全部溶解時（m≤1.406g），
剩余的固體質量為：（5.624+m）g×$\frac{0.12g}{28.12g}$=$\frac{（5.624+m）×0.12}{28.12}$g
答：當鐵未完全溶解時，剩余固體的質量為（m-1.376）g；當鐵完全溶解時，剩余固體的質量為$\frac{（5.624+m）×0.12}{28.12}$g．

點評 本題考查質量分數的計算及根據方程式的計算，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，明確各個物理量之間的關系是解本題關鍵，注意（4）中三個實驗的分析，題目難度中等．