Question

13．石油鐵儲罐久置未清洗易引發火災，經分析研究，事故由罐體內壁附著的氧化物甲與溶于石油中的氣態氫化物乙按1：3反應生成黑色物質丙自燃引起．某研究小組將一定量的丙粉末投入足量的濃鹽酸中發生反應，得到4.8g淡黃色沉淀和氣體乙，乙在標準狀況下的密度為1.52g•L^-1．過濾后向濾液（假設乙全部逸出）中加入足量的NaOH溶液，先出現白色沉淀，最終轉變為紅褐色沉淀，過濾、洗滌、灼燒后的固體質量為24g．已知氣體乙可溶于不．請回答下列問題：
（1）甲的化學式為Fe₂O₃．寫出丙中非金屬元素的離子結構示意圖．
（2）丙在鹽酸中反應的化學方程式：Fe₂S₃+4H⁺=2H₂S↑+2Fe²⁺+S．
（3）丙與鹽酸反應后的濾液暴露在空氣中一段時間顏色加深，其原因是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．（用離子方程式表示）
（4）請設計合理的實驗方案驗證不同溫度對丙與鹽酸反應速率的影響將盛有等濃度、等體積的鹽酸的兩個反應容器置于不同溫度的水浴中，加入等量的Fe₂S₃，觀察黑色物質消失的快慢．
（5）為消除火災隱患，下列措施可行的是AD．
A．石油入罐前脫硫   B．定期用酸清洗罐體   C．罐體內壁涂刷油漆   D．罐體中充入氮氣．

Answer 1

分析 丙粉末投人足量的濃鹽酸中發生反應，得到4.8g淡黃色沉淀和氣體乙，則淡黃色沉淀為S，物質的量為0.15mol，乙在標準狀況下的密度為1.52g•L^-1，則乙的相對分子質量為34，氣體乙可溶于水，則乙為H₂S，向濾液（假設乙全部逸出）中加人足量的NaOH溶液，先出現白色沉淀，最終轉變為紅褐色沉淀，則濾液中含有亞鐵離子，灼燒后的固體為氧化鐵，質量為24g，則鐵元素的質量為16.8g，即為0.3mol，所以在丙中鐵元素與硫單質的物質的量之比為2：1，而氧化物甲與氣態氫化物乙按1：3反應生成的黑色物質丙，根據元素守恒和電子得失守恒可推斷甲為Fe₂O₃，丙為Fe₂S₃，甲與乙發生的反應生成丙的反應為Fe₂O₃+3H₂S=Fe₂S₃+3H₂O，丙在鹽酸中發生反應為Fe₂S₃+4HCl=2H₂S↑+2FeCl₂+S，符合題中條件，據此答題．

解答 解：丙粉末投人足量的濃鹽酸中發生反應，得到4.8g淡黃色沉淀和氣體乙，則淡黃色沉淀為S，物質的量為0.15mol，乙在標準狀況下的密度為1.52g•L^-1，則乙的相對分子質量為34，氣體乙可溶于水，則乙為H₂S，向濾液（假設乙全部逸出）中加人足量的NaOH溶液，先出現白色沉淀，最終轉變為紅褐色沉淀，則濾液中含有亞鐵離子，灼燒后的固體為氧化鐵，質量為24g，則鐵元素的質量為16.8g，即為0.3mol，所以在丙中鐵元素與硫單質的物質的量之比為2：1，而氧化物甲與氣態氫化物乙按1：3反應生成的黑色物質丙，根據元素守恒和電子得失守恒可推斷甲為Fe₂O₃，丙為Fe₂S₃，甲與乙發生的反應生成丙的反應為Fe₂O₃+3H₂S=Fe₂S₃+3H₂O，丙在鹽酸中發生反應為Fe₂S₃+4HCl=2H₂S↑+2FeCl₂+S，符合題中條件，
（1）根據上面的分析可知，甲的化學式為Fe₂O₃，丙為Fe₂S₃，丙中非金屬元素為硫元素，其離子結構示意圖為 ，
故答案為：Fe₂O₃；；
（2）丙在鹽酸中反應的離子方程式為Fe₂S₃+4H⁺=2H₂S↑+2Fe²⁺+S，故答案為：Fe₂S₃+4H⁺=2H₂S↑+2Fe²⁺+S；
（3）丙與鹽酸反應后的濾液暴露在空氣中一段時間顏色加深，其原因是亞鐵離子被空氣中的氧氣氧化生成鐵離子，反應的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（4）驗證不同溫度對丙與鹽酸反應速率的影響，可以將盛有等濃度、等體積的鹽酸的兩個反應容器置于不同溫度的水浴中，加入等量的Fe₂S₃，觀察黑色物質消失的快慢，
故答案為：將盛有等濃度、等體積的鹽酸的兩個反應容器置于不同溫度的水浴中，加入等量的Fe₂S₃，觀察黑色物質消失的快慢；
（5）要消除火災隱患，即不能產生丙物質，也就是不能出現氧化鐵和硫化氫，所以可以采取石油入罐前脫硫和罐體中充入氮氣防止鐵被氧化的方法，故選AD．

點評 本題考查了物質轉化關系和物質性質的綜合應用，主要考查了Fe、S的性質應用，題目難度較大，需要熟悉物質性質的特征反應，轉化關系的分析判斷．