Question

還原鐵粉是粉末冶金工業(yè)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(yè)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?yōu)?.00g，繼續(xù)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(jù)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?yōu)?.00g，繼續(xù)加熱最終得到Fe 6.16g，分析樣品為FeCO₃和FeOOH，依據(jù)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?yōu)?.00g，是分解生成了鐵的氧化物、二氧化碳和水；根據(jù)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(jù)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，F(xiàn)eOOH：0.89 g，
故答案為：FeO與Fe₂O₃或FeO與Fe₃O₄或FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄；FeCO₃：11.6 g，F(xiàn)eOOH：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(jù)反應方程式計算：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；鐵的質量=0.48mol×56g/mol=26.88g；依據(jù)元素守恒可知Fe_xC中 碳元素物質的量為0.01mol，F(xiàn)e_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(jù)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(jù)氧化還原反應電子守恒和原子守恒配平書寫；
（2）依據(jù)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(jù)氧化物為氧化亞鐵、氧化鐵、四氧化三鐵分析判斷；依據(jù)鐵元素守恒和質量關系計算；
（3）依據(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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．