Question

某資料說鐵銹的成分為Fe₂O₃·H₂O和FeCO₃的混合物。根據此記載，某實驗興趣小組設計下列實驗來驗證其中是否含有碳酸亞鐵。

①取一高度腐蝕的干燥鐵釘，稱其質量為10.04 g，在氮氣保護下，充分加熱，冷卻后稱得質量為8.92 g。（不考慮鐵與水蒸氣的反應及Fe₂O₃在高溫下的分解反應，且鐵釘中不含有其他雜質）

②將①得到的殘渣投入到5.00 mol·L^-1的硫酸中，不斷添加硫酸直至殘渣完全溶解時，恰好用去硫酸31.00 mL。整個過程無氣體放出。則：

（1）鐵銹中___________（填“含有”或“不含有”）碳酸亞鐵，理由是______________________。

（2）銹蝕的鐵釘中Fe₂O₃·H₂O的質量為___________。

（3）銹蝕前鐵釘的質量至少為______________________。

Answer 1

解析：(2)根據題意，有：

n(Fe₂O₃·H₂O)× 18 g·mol^-1+n(FeCO₃)×44 g·mol^-1 =10.04 g-8.92 g           ①

3n(Fe₂O₃·H₂O) +n(FeCO₃) =5.00 mol·L^-1× 0.031 L                        ②

n(Fe₂O₃·H₂O)×160 g·mol^-1+n(FeCO₃)× 72 g·mol^-1+n(Fe)×56 g·mol^-1=8.92 g    ③

由①②③，得n(Fe₂O₃·H₂O)=0.05 mol，n(FeCO₃)=0.005 mol，n(Fe)=0.01 mol

銹蝕的鐵釘中Fe₂O₃·H₂O的質量為：m(Fe₂O₃·H₂O)=0.05 mol×178 g·mol^-1=8.9 g

(3)質量至少為：m(鐵釘)=(0.05 mol × 2 + 0.005 mol + 0.01 mol) × 56 g·mol^-1=6.44 g

答案：(1)含有  若干燥鐵釘中沒有碳酸亞鐵，則加熱時減少的質量都是水，干燥鐵釘中Fe₂O₃·H₂O的質量為（10.04 g-8.92 g）×=11.08 g＞10.04 g，故必有二氧化碳在加熱時放出，所以鐵銹中含有碳酸亞鐵

(2)8.9 g

(3)6.44 g