Question

20．鐵是一種典型的過渡金屬，鐵和鐵的化合物在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用．
完成下列計算：
（1）將11.802g鋼樣粉末（只含鐵和碳）于高溫下置于足量的純氧中充分反應(yīng)，冷卻后得到16.240g磁性氧化鐵．
①鋼樣中含鐵11.76g．
②生成的CO₂在標準狀況下體積為78.4mL．
（2）向10mL氯化鐵溶液（含鹽酸0.001mol）中加入16.8g 5%的燒堿溶液（足量），充分反應(yīng)后過濾．洗滌沉淀，將洗滌液與濾液合并后稀釋至250mL．取25mL稀釋液，用0.100mol/L鹽酸滴定，終點時消耗鹽酸的體積15.50mL．計算原溶液中Fe³⁺的物質(zhì)的量濃度．
（3）鐵銹的主要成分實為羥基氧化鐵[化學式FeO（OH）]．將一塊帶銹鐵片放入700mL pH=0的稀硝酸中充分反應(yīng)，收集到標準狀況下NO氣體3.584L，最終剩余2.020g鐵．求：
①反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)的成分與物質(zhì)的量．
②原帶銹鐵片中鐵銹的質(zhì)量分數(shù)．
（4）用FeSO₄和NaOH制備Fe（OH）₂時，往往會形成一種灰綠色的中間物（用X表示）．經(jīng)分析，X中含有三種陰離子與兩種陽離子，陰、陽離子的總質(zhì)量之比為11：12．已知兩種陽離子為Fe²⁺與Fe³⁺，物質(zhì)的量之比為2：1．請通過計算確定X的化學式．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)關(guān)系式3Fe～Fe₃O₄計算樣品中Fe的質(zhì)量；
②根據(jù)Fe元素質(zhì)量計算C元素質(zhì)量，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算n（C），再根據(jù)原子守恒計算n（CO₂），根據(jù)V=nVm計算二氧化碳體積；
（2）取稀釋后溶液25mL，進行中和滴定消耗15.5mL鹽酸，此時溶液中溶質(zhì)為NaCl，計算中和250mL稀釋液需要n（HCl），根據(jù)鈉離子守恒計算中和250mL溶液后溶液中n（NaCl），再根據(jù)氯離子守恒計算n（FeCl₃），進而計算其物質(zhì)的量濃度；
（3）①完全反應(yīng)后鐵有剩余，說明硝酸完全反應(yīng)，則溶液中溶質(zhì)為硝酸亞鐵，n（NO）=$\frac{3.584L}{22.4L/mol}$=0.16mol，根據(jù)N原子守恒計算硝酸亞鐵的物質(zhì)的量；
②根據(jù)鐵原子守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒計算鐵銹的物質(zhì)的量，再根據(jù)質(zhì)量分數(shù)公式計算鐵銹質(zhì)量分數(shù)；
（4）可以假設(shè)有2molFe2+和1mol Fe 3+，計算鐵元素的質(zhì)量，再根據(jù)陰、陽離子的總質(zhì)量之比和正負電荷相等，推算陰離子及化學式．

解答 解：（1）①設(shè)鋼樣中含鐵質(zhì)量為m g，則：
3Fe～Fe₃O₄
168   232     
m g   16.24g
故168：232=mg：16.24g，解得m=11.76
故答案為：11.76；
②C元素質(zhì)量=11.802g-11.76g=0.042g，n（C）=$\frac{0.042g}{12g/mol}$=0.0035mol，根據(jù)原子守恒n（CO₂）=0.0035mol，故二氧化碳體積=0.0035mol×22.4L/mol=0.0784L=78.4mL，故答案為：78.4；
（2）取稀釋后溶液25mL，進行中和滴定消耗15.5mL鹽酸，此時溶液中溶質(zhì)為NaCl，中和250mL稀釋液需要n（HCl）=0.100mol/L×0.0155L×$\frac{250}{25}$=0.0155mol，16.8g 5%的燒堿溶液中n（NaOH）=$\frac{16.8g×5%}{40g/mol}$=0.021mol，根據(jù)鈉離子守恒，250mL溶液用鹽酸滴定后溶液中n（NaCl）=n（NaOH）=0.021mol，再根據(jù)氯離子守恒：3n（FeCl₃）+0.001mol+0.0155mol=0.021mol，解得n（FeCl₃）=0.0015mol，故原溶液中Fe³⁺的物質(zhì)的量濃度=$\frac{0.0015mol}{0.01L}$=0.15mol/L，
答：原溶液中Fe³⁺的物質(zhì)的量濃度為0.15mol/L；
（3）①完全反應(yīng)后鐵有剩余，說明硝酸完全反應(yīng)，溶液中溶質(zhì)為硝酸亞鐵，n（NO）=）完全反應(yīng)后鐵有剩余，說明硝酸完全反應(yīng)，溶液中溶質(zhì)為硝酸亞鐵，n（NO）=$\frac{3.584L}{22.4L/mol}$=0.16mol，n（HNO₃）=1mol/L×0.7L=0.7mol，根據(jù)N原子守恒得n[Fe（NO₃）₂]=$\frac{0.7mol-0.16mol}{2}$=0.27mol，答：Fe（NO₃）₂的物質(zhì)的量為0.27mol；
②設(shè)鐵銹的物質(zhì)的量為xmol，根據(jù)鐵原子守恒得，參加氧化還原反應(yīng)的n（Fe）=0.27mol-xmol，
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得xmol+0.16mol×3=（0.27-x）mol×2，x=0.02，原來鐵的質(zhì)量=2.020g+（0.27-0.02）mol×56g/mol=16.020g，
鐵銹的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.02mol×89g/mol}{0.02mol×89g/mol+16.020g}$×100%=10%，
答：原帶銹鐵片中鐵銹的質(zhì)量分數(shù)為10%；
（4）設(shè)有2molFe²⁺和1mol Fe³⁺，其鐵元素的質(zhì)量為3 mol×56g/mol=168g 由于陰陽離子的總質(zhì)量之比為11：12
所以陰離子共有168g×$\frac{11}{12}$=154g，且?guī)в? mol負電荷
所以SO₄^2-只有1mol（96g）
剩余兩種陰離子共58g，且?guī)в?mol負電荷．
因為5mol OH^-為85g，因此第三種陰離子只能為質(zhì)量輕且電荷多的O^2-，設(shè)為OH^-和O ^2-的物質(zhì)的量分別為x和y，
則x+2y=5、17x+16y=58
解得x=2mol、y=1.5mol
因此三種陰離子的物質(zhì)的量之比是2：4：3
所以化學式為Fe₆（SO₄）₂（OH）₄O₃（2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃、2FeSO₄•Fe（OH）₂•Fe₃O₄•H₂O，答：X的化學式為Fe₆（SO₄）₂（OH）₄O₃（2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃、2FeSO₄•Fe（OH）₂•Fe₃O₄•H₂O．

點評 本題考查混合物計算，題目計算量較大，過程復(fù)雜，為易錯題目，側(cè)重考查學生分析解決問題能力，明確反應(yīng)過程是關(guān)鍵，注意利用守恒思想計算，難度較大．