Question

2．社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中，課外興趣小組對(duì)某鋼鐵廠的鐵礦石樣品和鋼樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析、計(jì)算，了解了該鋼鐵廠生產(chǎn)原料、產(chǎn)品的相關(guān)信息．下面請(qǐng)你根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)幫助計(jì)算回答：
取該廠的某鋼樣粉末28.36g（假設(shè)只含F(xiàn)e和C），在氧氣流中充分反應(yīng)，將產(chǎn)生的氣體通入足量的澄清石灰水中，得到3g白色沉淀．
（1）計(jì)算此鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比．
（2）再取三份不同質(zhì)量的鋼樣粉末分別加到50　g質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的硫酸中，充分反應(yīng)后，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2g H₂的體積為22.4　L）

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入鋼樣粉末的質(zhì)量/g	2.836	5.672	8.508
生成氣體的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）/L	1.12	2.24	2.80

請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算硫酸中H₂SO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（3）若在實(shí)驗(yàn)Ⅱ中繼續(xù)加入m g鋼樣粉末，計(jì)算反應(yīng)結(jié)束后剩余的固體質(zhì)量為多少？（用含m的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃+H₂O計(jì)算燃燒生成二氧化碳物質(zhì)的量，再計(jì)算碳原子質(zhì)量與Fe的質(zhì)量，可得粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)I、Ⅱ中硫酸過(guò)量，但在Ⅲ中生成的氫氣不是3.36L，說(shuō)明硫酸不足，計(jì)算Ⅲ中生成氫氣物質(zhì)的量，根據(jù)H原子守恒計(jì)算硫酸的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）根據(jù)Ⅱ、Ⅲ生成氫氣體積之差計(jì)算Ⅱ中剩余硫酸物質(zhì)的量，再計(jì)算可以溶解Fe的質(zhì)量，結(jié)合（1）中質(zhì)量之比計(jì)算Ⅱ中剩余硫酸完全反應(yīng)時(shí)加入鋼樣質(zhì)量，如果m大于該值，則硫酸不足，如果 m≤該值，所剩余固體是碳．

解答 解：（1）設(shè)生成二氧化碳的質(zhì)量為m，則：
CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃+H₂O
44             100
m               3g
解得m=$\frac{3g×44}{100}$=1.32g
所以碳原子的質(zhì)量是$\frac{1.32g}{44g/mol}$×12g/mol=0.36g，
所以鐵的質(zhì)量是28.36g-0.36g=28.00g
因此鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比28.00：0.36=700：9，
答：鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比為700：9；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)I、Ⅱ中硫酸過(guò)量，8.508g中Fe完全反應(yīng)生成氫氣為1.12L×$\frac{8.508g}{2.836g}$=3.36L，但在Ⅲ中生成的氫氣不是3.36L，說(shuō)明硫酸不足．所以產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量是$\frac{2.8L}{22.4L}$×2g=0.25g，則稀硫酸中溶質(zhì)是$\frac{0.25g}{2g/mol}$×98g/mol=12.25g．所以硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{12.25g}{50g}$×100%=24.5%，
答：硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是24.5%；
（3）根據(jù)以上分析可知，實(shí)驗(yàn)Ⅱ中剩余硫酸反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量是$\frac{2.8L-2.24L}{22.4L}$×2g=0.05g，物質(zhì)的量為0.025mol，則實(shí)驗(yàn)Ⅱ中剩余硫酸為0.025mol，
根據(jù)方程式Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，可知溶解鐵的質(zhì)量是0.025mol×56g/mol=1.4g，則對(duì)應(yīng)樣品質(zhì)量是1.4g×$\frac{709}{700}$=1.418g，
當(dāng)m＞1.418 g，則硫酸不足，所以剩余固體質(zhì)量為：（m+5.672-12.25×$\frac{56}{98}$）g=（m-1.328）g
當(dāng)m≤1.418 g，硫酸過(guò)量，所以剩余固體是碳，質(zhì)量為：（5.672+m）×$\frac{9}{709}$ g，
故答案為：當(dāng)m＞1.418 g，所剩余固體質(zhì)量為（m-1.328）g，
當(dāng)m≤1.418 g，所剩余固體質(zhì)量為（5.672+m）×$\frac{9}{709}$ g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物有關(guān)計(jì)算，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理，關(guān)鍵是判斷Fe與硫酸反應(yīng)過(guò)量問(wèn)題，（3）為易錯(cuò)點(diǎn)，注意進(jìn)行討論計(jì)算，難度較大．