Question

鋼鐵制品經常進行烤藍處理，即在鐵制品的表面生成一層致密的Fe₃O₄．某學習小組為了研究烤藍鐵片，分別進行了以下實驗操作：
（1）把一定量烤藍鐵片加工成均勻粉末．
（2）取m g該粉末，放人28.00mL 1mol/L．的鹽酸中，恰好完全反應，生成標準狀況下的氣體134.4mL，向溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現象．
（3）再取三份不同質量的粉末，分加加到相同體積（V）、物質的量濃度均為l0.00mol/L的三份硝酸溶液中，充分反應后，固體全部溶解，有關的實驗數據如表所示（假設NO是硝酸的唯一還原產物）：

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入粉末質量/g	13.68	27.36	34.20
生成氣體的體積（標準狀況）/L	2.912	5.824	6.720

完成下列各題：
Ⅰ實驗（2）所得溶液中的溶質是

 

（寫化學式），樣品中n（Fe）：n（Fe₃O₄）=

 

，m=

 

．
Ⅱ計算實驗（3）中每份硝酸溶液的體積（V）

 

（mL）．
Ⅲ若向實驗Ⅱ所得溶液中繼續加入銅粉，要使溶液中Cu^2十、Fe²⁺、Fe³⁺同時存在，求加入銅粉的物質的量的范圍

 

．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗題

分析：（3）Ⅰ、鋼鐵制品經常進行烤藍處理，即在鐵制品的表面生成一層致密的Fe₃O₄，取m g該粉末，放人28.00mL 1mol/L．的鹽酸中，恰好完全反應，生成標準狀況下的氣體134.4mL，說明是鐵過量和鹽酸反應生成氫氣，向溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現象說明無鐵離子存在，溶液中只有氯化亞鐵；依據氯元素守恒計算鐵元素物質的量；
Ⅱ、根據三個實驗，通過投入粉末質量與產生氣體的體積比例關系可知，Ⅰ、Ⅱ為硝酸過量，Ⅲ為粉末過量；可通過實驗Ⅲ計算出硝酸的體積，假設NO是硝酸的唯一還原產物，且產生的氣體的物質的量為

6.720L

22.4L/mol

=0.3mol，則N元素得到電子數為0.3mol×3=0.9mol，由于Ⅲ中混合物質量為34.2g，且n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1，則Fe為0.3mol，Fe₃O₄為0.075mol，由于氮元素得到電子數共為0.9mol，故溶液中為Fe（NO₃）₂、Fe（NO₃）₃兩種溶質，計算可知Fe（NO₃）₂為0.075mol，Fe（NO₃）₃為0.45mol，依據氮元素守恒計算硝酸體積；
Ⅲ、27.36g 粉末，根據n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1可知含鐵元素0.42mol，由于硝酸過量，產物為硝酸鐵，故II反應需用硝酸1.52 mol（硝酸共1.8mol），故II溶液中有Fe³⁺ 0.42 mol，過量硝酸0.28mol，結合化學反應定量關系計算取值范圍．

解答： 解：（3）Ⅰ、由于向溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現象可知反應后生成的物質為FeCl₂，由于放人鹽酸的量為0.028L×1 mol/L=0.028mol，依據氯離子守恒，故產生FeCl₂的物質的量為0.014mol，其中單質鐵分別于鹽酸、Fe₃O₄二者發生反應，①由生成標準狀況下的氣體134.4 mL，物質的量=

0.1344L

22.4L/mol

=0.006mol，根據化學反應定量關系可知，混合物中與鹽酸發生產生氣體的單質鐵為0.006mol，②Fe₃O₄與Fe、HCl共同反應，在該反應中鐵元素總量為：0.014mol-0.006mol=0.008mol，且該反應方程式為Fe₃O₄+8HCl+Fe=4FeCl₂+4H₂O，通過該反應方程式可知Fe₃O₄為0.002mol，發生該反應的單質鐵為0.002mol，故總的Fe物質的量為0.008mol，Fe₃O₄為0.002mol，故樣品中n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1，質量為0.002mol×232g/mol+0.008mol×56g/mol=0.912g；
故答案為：FeCl₂；4：1；0.912g；
Ⅱ、根據三個實驗，通過投入粉末質量與產生氣體的體積比例關系可知，Ⅰ、Ⅱ為硝酸過量，Ⅲ為粉末過量；可通過實驗Ⅲ計算出硝酸的體積，假設NO是硝酸的唯一還原產物，且產生的氣體的物質的量為

6.720L

22.4L/mol

=0.3mol．則N元素得到電子數為0.3mol×3=0.9mol，由于Ⅲ中混合物質量為34.2g，且n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1，則Fe為0.3mol，Fe₃O₄為0.075mol，由于氮元素得到電子數共為0.9mol，故溶液中為Fe（NO₃）₂、Fe（NO₃）₃兩種溶質，計算可知Fe（NO₃）₂為0.075mol，Fe（NO₃）₃為0.45mol．故溶液中硝酸根含量為0.075mol×2+0.45mol×3=1.5mol，則該反應中N元素總物質的量為1.5mol+0.3mol=1.8mol，故硝酸的體積為180ml；
故答案為：180；
Ⅲ、27.36g 粉末，根據n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1可知含鐵元素0.42mol，由于硝酸過量，產物為硝酸鐵，故II反應需用硝酸1.52 mol（硝酸共1.8mol），故II溶液中有Fe³⁺ 0.42 mol，過量硝酸0.28mol，
3Cu～8HNO₃           Cu～2Fe³⁺
3        8             1   2
n_min   0.28mol          n   0.42
n_min=0.105mol  
n=0.21mol  
n_max =0.21mol+0.105mol=0.315mol
若向實驗Ⅱ所得溶液中繼續加入銅粉，要使溶液中Cu^2十、Fe²⁺、Fe³⁺同時存在，求加入銅粉的物質的量的范圍0.105mol＜n（Cu）＜0.315mol；
故答案為：0.105mol＜n（Cu）＜0.315mol．

點評：本題考查了物質性質的實驗設計和過程分析判斷，主要是元素守恒，反應過程分析的計算方法，掌握題干信息和物質性質是解題關鍵，題目難度較大．