Question

2．無機非金屬材料、金屬材料和有機高分子材料并稱為三大材料，是發展高新技術的基石，在未來科技發展中發揮著重要的作用．
（1）新型材料α-Fe粉具有超強的磁性能，用作高密度磁記錄的介質以及高效催化劑等．將5.60g α-Fe粉與一定量水蒸氣在高溫下反應一定時間后冷卻，其質量變為6.88g．
①產生的氫氣的體積為1792mL（標準狀況下）．
②將冷卻后的固體物質放入足量FeCl₃溶液中充分反應（已知Fe₃O₄不溶于FeCl₃溶液），計算最多消耗FeCl₃的物質的量．
（2）Nierite是一種高熔點高硬度的陶瓷材料．Nierite的摩爾質量為140g/mol，其中硅元素的質量分數為60%．已知1mol NH₃與足量的化合物T充分反應后可得到35g Nierite與3mol HCl氣體．Nierite的化學式為Si₃N₄．T的化學式為SiCl₄．
（3））K金是常見的貴金屬材料，除黃金外，還含有銀、銅中的一種或兩種金屬．為測定某18K金樣品的組成，將2.832g樣品粉碎后投入足量的濃硝酸中，充分溶解后，收集到NO₂和N₂O₄的混合氣體224mL（折算至標準狀況，下同），將該混合氣體與84mL O₂混合后緩緩通入水中，恰好被完全吸收．
①混合氣體的平均摩爾質量為69g/mol．
②填寫該18K金的成分表（精確至0.01%，若不含該金屬則填0）．

18K金成分	Au	Ag	Cu
含量（質量分數）	75.00%	11.44%	13.56%

（4）有機高分子材料聚酯纖維可由二酸與二醇通過縮聚形成．如100個乙二酸分子與100個乙二醇分子發生縮聚，當形成一條聚酯鏈時，其（平均）式量達到最大（如圖所示，其式量為11618）．
為降低聚酯鏈的長度與平均式量，可調整乙二酸與乙二醇的相對用量，使形成的聚酯鏈兩端均為相同基團，從而無法再連接增長．現有100個乙二酸分子與105個乙二醇分子恰好完全反應，且聚酯鏈無法再增長．
①共形成5條聚酯鏈．
②計算所得聚酯的平均式量．

Answer 1

分析 （1）①高溫條件下，Fe和H₂O反應生成Fe₃O₄和H₂，固體增加的質量為氧元素質量，根據固體增加的質量與氫氣的關系式計算；
②Fe和FeCl₃反應生成FeCl₂，根據鐵和FeCl₃之間的關系式計算FeCl₃的物質的量；
（2）根據元素守恒、原子守恒確定化學式；
（3）①混合氣體的物質的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，根據原子守恒、轉移電子守恒計算氣體的質量，再根據M=$\frac{m}{n}$計算混合氣體摩爾質量；
②根據轉移電子確定合金中的其它元素，再根據轉移電子相等計算銀的質量，從而確定銀的質量分數，解銀和銅的質量分數確定鋅的質量分數；
（4）①根據題給信息可知乙二醇多一個就讓反應不能繼續；
②根據①得到的聚酯鏈個數計算每條鏈需要乙二酸和乙二醇的個數根據質量守恒計算．

解答 解：（1）①高溫條件下，Fe和H₂O反應生成Fe₃O₄和H₂，固體增加的質量為氧元素質量，
設產生氫氣體積為V，
3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ 固體質量增加
                                  89.6L       64g 
                                    V      6.88g-5.60g 
 89.6L：64g=V：（6.88g-5.60g）
V=$\frac{（6.88-5.60）g×89.6L}{64g}$=1.792L=1792mL，
故答案為：1792；
②設剩余鐵的質量為y，
3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ 固體質量增加
168g         64g
5.60g-y   6.88g-5.60g 
168g：64g=y：（6.88g-5.60g）
y=5.60g-$\frac{（6.88-5.60）g×168g}{64g}$=2.24g，
根據得失電子守恒，Fe---2FeCl₃知，n（FeCl₃）=$\frac{\frac{2.24g}{56g/mol}}{1}×2$=0.08mol，
故答案為：0.08；
（2）根據元素守恒知，Nierite含有N元素，且含有Si元素，且Si的質量分數為60%，T中含有Cl元素和Si元素，根據氫原子守恒知，Nierite中僅含N、Si元素，則n（Si）：n（N）=$\frac{140×60%}{28}$：$\frac{140×40%}{14}$=3：4，所以恰其化學式為Si₃N₄，
故Nierite的物質的量=$\frac{35g}{140g/mol}$=0.25mol，
T中含有Cl元素和Si元素，由產物物質的量為0.25molSi₃N₄和3molHCl得，n（Si）：n（Cl）=0.75：3=1：4，可求出T的化學式為SiCl₄．
故答案為：Si₃N₄；SiCl₄；
（3）①混合氣體的物質的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，氧氣的物質的量=$\frac{0.084L}{22.4L/mol}$=0.0038mol，
設二氧化氮的物質的量為a，四氧化二氮的物質的量為y，根據原子守恒、轉移電子守恒得
$\left\{\begin{array}{l}{a+b=0.01mol}\\{2a+b=0.0038mol×4}\end{array}\right.$，解之得：$\left\{\begin{array}{l}{a=0.005mol}\\{b=0.005mol}\end{array}\right.$，
則混合氣體的質量=0.005mol×（46g/mol+92g/mol）=0.69g，
M=$\frac{m}{n}$=$\frac{0.69g}{0.01mol}$=69g/mol，
故答案為：69 g/mol；
②合金中其它金屬的質量=2.832g×（1-75%）=0.708g，
假設與硝酸反應的金屬全部是銀，則銀的質量=$\frac{0.0038mol×4}{1}$×108g/mol=1.642g＞0.708g，
假設與硝酸反應的金屬全部是銅，則銅的質量=$\frac{0.0038mol×2}{1}$×64g/mol=0.486g＜0.708g，
則合金中還有Cu和Ag，
設銀的質量為m，則銅的質量=0.708-m，根據轉移電子守恒得
$\frac{0.708-m}{64g/mol}×2+\frac{m}{108g/mol}=0.0038mol×4$，
m=0.324g，銀的質量分數=$\frac{0.324g}{2.832g}$×100%=11.44%，
則銅的質量分數=25%-11.44%=13.56%，
故答案為：Ag：11.44%；Cu：13.56%；
（4）①乙二醇多一個就讓反應不能繼續，多5個就是5條聚酯鏈，故答案為：5；
②每條聚酯鏈的式量=20個乙二酸+21個乙二醇-40個水=20×90+21×62-40×18=2382，故答案為：2382．

點評 本題考查了物質的量的有關計算，根據物質之間的關系是解本題關鍵，注意原子守恒、轉移電子守恒的運用，注意（3）中合金中其它元素的確定方法，難度中等．