Question

還原鐵粉是粉末冶金工業的重要原料，利用生產鈦白的副產品綠礬制備還原鐵粉的工業流程如下：

（1）干燥過程主要是為了脫去游離水和結晶水，過程中會有少量FeCO₃?nH₂O被空氣氧化為FeOOH，其化學方程式為______．
（2）取干燥后的FeCO₃樣品12.49g焙燒至600℃，質量變為8.00g，繼續加熱最終得到Fe 6.16g，則600℃產物的可能組成為______，計算FeCO₃樣品中FeCO₃與FeOOH的質量______．
（3）若將28.12g還原鐵粉（含少量Fe_xC）在氧氣流中加熱，得到標準狀況下的CO₂224mL；將相同質量的還原鐵粉與足量硫酸反應，得到標準狀況下的H₂ 10.752L，計算Fe_xC的化學式為______．（假設還原鐵粉僅含兩種物質）

Answer 1

解：（1）干燥過程主要是為了脫去游離水和結晶水，過程中會有少量FeCO₃?nH₂O被空氣氧化為FeOOH，依據氧化還原反應的電子守恒和原子守恒，寫出化學方程式為：4FeCO₃?nH₂O+O₂=4FeOOH+4CO₂↑+（4n-2）H₂O，故答案為：4FeCO₃?nH₂O+O₂=4FeOOH+4CO₂↑+（4n-2）H₂O；
（2）取干燥后的FeCO₃樣品12.49g焙燒至600℃，質量變為8.00g，繼續加熱最終得到Fe 6.16g，分析樣品為FeCO₃和FeOOH，依據元素化合價可知鐵元素化合價為二價和三價，加熱焙燒600℃，質量變為8.00g，是分解生成了鐵的氧化物、二氧化碳和水；根據鐵元素化合價判斷，氧化物中含有亞鐵離子和鐵離子，氧化物為FeO與Fe₂O₃或FeO與Fe₃O₄或FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄；
設樣品中FeCO₃：物質的量為x；FeOOH物質的量為y；
依據鐵元素守恒得到：x+y=；116x+89y=12.49
計算得到x=0.1mol；y=0.01mol；
得到質量為：FeCO₃：11.6 g，FeOOH：0.89 g，
故答案為：FeO與Fe₂O₃或FeO與Fe₃O₄或FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄；FeCO₃：11.6 g，FeOOH：0.89 g；
（3）若將28.12g還原鐵粉（含少量Fe_xC）在氧氣流中加熱，得到標準狀況下的CO₂224mL，物質的量為0.01mol，則Fe_xC物質的量為0.01mol；將相同質量的還原鐵粉與足量硫酸反應，得到標準狀況下的H₂ 10.752L，物質的量為0.48mol，消耗鐵物質的量依據反應方程式計算：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；鐵的質量=0.48mol×56g/mol=26.88g；依據元素守恒可知Fe_xC中 碳元素物質的量為0.01mol，Fe_xC的質量=28.12g-26.88g=1.24g；物質的量為0.01mol，則摩爾質量==124g/mol，
依據化學式Fe_xC計算得到x=2，所以化學式為Fe₂C，故答案為：Fe₂C．
分析：（1）FeCO₃?nH₂O被空氣氧化為FeOOH，依據氧化還原反應電子守恒和原子守恒配平書寫；
（2）依據樣品中含有FeCO₃和FeOOH，標注鐵元素化合價可知為三價鐵元素和二價鐵元素，受熱分解生成鐵元素的氧化物，氧化物中含有二價鐵和三價鐵，依據氧化物為氧化亞鐵、氧化鐵、四氧化三鐵分析判斷；依據鐵元素守恒和質量關系計算；
（3）依據鐵元素守恒結合還原鐵粉含少量Fe_xC，在氧氣流中加熱，依據生成二氧化碳，計算碳元素物質的量得到Fe_xC物質的量；依據還原性鐵粉和硫酸反應生成的氫氣物質的量計算得到鐵物質的量，依據還原性鐵粉混合物質量計算得到Fe_xC的質量，結合計算出的物質的量計算x值．
點評：本題考查了鐵及其化合物性質的分析判斷和反應產物的計算判斷，元素守恒、元素化合價是解題關鍵，題目難度中等．