Question

17．已知鐵生銹的過程為：Fe→Fe（OH）₂→Fe（OH）₃→Fe₂O₃•xH₂O．又知草酸（H₂C₂O₄）分解的化學方程式為H₂C₂O₄$→_{加熱}^{濃硫酸}$CO↑+CO₂↑+H₂O某化學小組為測定兩種不同生銹鐵片的組成（設只含有鐵和Fe₂O₃•xH₂O），進行了以下探究，請你參與并完成對有關問題的解答．

（1）甲同學利用草酸分解產生的混合氣體和如圖1所示裝置測定其中一種銹鐵的組成．
主要操作為：取銹鐵樣品12.6g置于裝置C的硬質玻璃管中，加熱完全反應后得到固體的質量為8.4g，裝置D增重8.4g．
①鋼鐵在潮濕空氣中發生電化學腐蝕時，其負極的電極反應式為Fe-2e^-=Fe²⁺．
②裝置A的作用是除去混合氣體中的CO₂．裝置B的作用是除去混合氣體中的H₂O．
③根據以上數據能否測定出銹鐵的組成？答：能（填“能”或“不能”）．
④該裝置還存在的一個明顯的缺陷是缺少尾氣處理裝置．
（2）乙同學在甲同學裝置的基礎上將裝置D換成裝濃硫酸的洗氣瓶（裝置E，此裝置圖略），經改進后，重新按甲同學的操作和樣品取用量進行實驗，若完全反應后得到固體的質量仍為8.4g，而裝置E增重1.8g，則
x=2；m （Fe）：m （Fe₂O₃•xH₂O）=2：7．
（3）丙同學取少量的另外一種銹鐵片放在燒杯中，然后逐滴加入稀鹽酸，實驗測知所得溶液中Fe²⁺、Fe³⁺的物質的量之和與加入稀鹽酸的體積關系如圖2所示，此銹鐵中n（Fe）：n（Fe₂O₃•xH₂O）的取值范圍是c．（填字母）
a．大于1    b．等于1    c．小于1．

Answer 1

分析 （1）①鋼鐵在潮濕空氣中發生電化學腐蝕時，其負極鐵發生氧化反應生成亞鐵離子；
②裝置A為氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液能夠與二氧化碳反應，利用氫氧化鈉溶液將混合氣體中的二氧化碳除去；裝置B中為濃硫酸，濃硫酸能夠吸收混合氣體中的水分；
③根據銹鐵樣品12.6g、固體的質量為8.4g為鐵的質量、裝置D增重8.4g為二氧化碳和水的質量，根據以上數據可以計算出鐵銹組成；
④根據一氧化碳有毒，不能排放到空氣中進行解答；
（2）根據濃硫酸吸收水和堿石灰吸收水和二氧化碳，求出二氧化碳的質量，然后根據二氧化碳求出氧化鐵的質量，從而求出x的值；再根據樣品總質量計算出m（Fe）：m （Fe₂O₃•xH₂O）；
（3）氧化鐵先與鹽酸反應，根據氧化鐵、鐵與鹽酸反應方程式判斷消耗相同的氯化氫生成鐵離子、亞鐵離子的物質的量大小，然后根據圖象進行判斷二者物質的量關系．

解答 解：（1）①鋼鐵在潮濕空氣中發生電化學腐蝕時，其負極鐵發生氧化反應生成亞鐵離子，電極反應式為 Fe-2e^-=Fe²⁺，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；
②根據實驗目的，需要使用一氧化碳還原氧化鐵晶體，所以需要將草酸分解生成的二氧化碳和水除去，裝置A中的氫氧化鈉溶液用于除去二氧化碳氣體，裝置B中的濃硫酸用于干燥一氧化碳氣體，
故答案為：除去混合氣體中的CO₂；除去混合氣體中的H₂O；
③加熱完全反應后得到固體的質量為8.4g為鐵的質量，裝置D增重8.4g為二氧化碳和水的質量，再經過樣品的總質量可以計算出鐵銹組成，
故答案為：能；
④一氧化碳有毒，不能排放到空氣中，所以應該增加尾氣處理裝置，
故答案為：缺少尾氣處理裝置；
（2）濃硫酸吸收水，堿石灰吸收水和二氧化碳．取銹鐵樣品12.6g置于裝置D的硬質玻璃管中，加熱一段時間至完全反應后得到固體的質量為8.4g，裝置E增重8.4g．若將裝置E換成裝濃硫酸的洗氣瓶F，重新按上述樣品的用量和操作進行實驗，若完全反應后得到固體的質量仍為8.4g，而裝置F增重1.8g．所以水的質量為1.8g，二氧化碳的質量為8.4g-1.8g=6.6g，設氧化鐵的質量為y，
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160                132
y                   6.6g
$\frac{160}{y}$=$\frac{132}{6.6}$，
y=8g
則氧化鐵和水的分子個數比=$\frac{8g}{160}$=$\frac{1.8g}{18}$=1：2，所以x=2；
樣品中鐵的質量為：12.6g-（8g+1.8g）=2.8g，所以樣品中鐵單質和Fe₂O₃•xH₂O的質量比為：2.8g：（8g+1.8g）=2：7，
故答案為：2；2：7；
（3）0～V₁段發生的反應為Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、Fe+2FeCl₃=3FeCl₂，正反應為：Fe+Fe₂O₃+6HCl=3FeCl₂+3H₂O，V₁～V₂段鐵或者氧化鐵有一種物質過量；由Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑可知，2mol氯化氫生成1mol亞鐵離子，由Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O可知，6mol的氯化氫可以生成2mol的Fe³⁺，顯然消耗相同物質的量鹽酸時，鐵與鹽酸反應增加的亞鐵離子比氧化鐵增加的鐵離子物質的量大，由于V₁～V₂鐵離子和亞鐵離子總的物質的量增大幅度小于0～V₁，說明V₁～V₂段為氧化鐵與鹽酸的反應，即氧化鐵的物質的量大于鐵的物質的量，故c正確，
故答案為：c．

點評 本題考查了探究物質組成及測量物質含量的方法、鐵的氧化物和氫氧化物的性質，題目難度較大，注意掌握探究物質組成、測量物質含量常用方法，（3）為易錯點，注意鐵與氧化鐵混合物與鹽酸的反應情況．