Question

【题目】全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一。下面是对铁的腐蚀条件及铁锈组成的探究。
（1）问题一：探究铁生锈的条件。 课本实验中，铁生锈所需要时间较长，某实验小组设计如下改进实验。
①检查装置的气密性：连接好装置，关闭分液漏斗的活塞，将C导管接入到装有水的烧杯中，微热甲装置，说明气密性良好的现象是。
②反应开始后，甲装置中反应现象是 ， MnO2的作用是。
③4 min后观察：A处铁丝依然光亮，B处铁丝表面灰暗，D处铁丝依然光亮。该实验说明铁生锈主要与和有关。B、D处实验现象对比说明：决定铁生锈快慢的一个重要因素是。
（2）问题二：测定铁锈的组成。
铁锈的成分主要为Fe2O3·H2O，还含有少量的FeCO3。某兴趣小组设计如图装置测定锈铁钉的组成。取一高度腐蚀的干燥铁钉（含有少量铁），称其质量为20.08 g，在N2环境中，充分加热到质量不再减少。该过程中仅考虑发生反应：Fe2O3·H2O Fe2O3＋H2O↑，FeCO3 FeO＋CO2↑，且不需要考虑装置中空气对本实验的影响。
（物质的相对分子质量：Fe2O3·H2O－178，FeCO3－116)

（碱石灰成分：CaO和NaOH固体混合物，能吸收二氧化碳和水）
①若反应前后称得C装置总质量分别为100.00 g和102.24 g，则反应生成的CO2和水蒸气的总质量为 g，D装置中碱石灰的作用是。
②经过改进后，测得m(H2O)＝1.80 g，m(CO2)＝0.44 g，请计算锈铁钉的组成。
锈铁钉中Fe2O3 ． H2O的质量＝ g。
锈铁钉中FeCO3的质量＝ g。
锈铁钉中单质铁的质量分数＝。
（3）将20.08 g该锈铁钉溶于足量的稀硫酸，充分反应后，产生的气体中是否有H2？请通过计算说明。
[已知：①Fe2O3＋3H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3H2O； ②铁在H2 SO4和Fe2(SO4)3混合溶液中先发生的反应为：Fe＋Fe2(SO4)3＝3FeSO4。Fe2(SO4)3的相对分子质量为400]

Answer 1

【答案】
（1）烧杯中C导管口有气泡产生；有气泡产生；催化作用；O2；H2O；O2的浓度（或氧气的含量、氧气的量等均正确，只要提到氧气即可）
（2）2.24；防止空气中的二氧化碳和水进入C装置；17.8；1.16；5.58%或5.6%
（3）

无氢气；

设铁钉与硫酸反应生成硫酸铁的质量为X，与硫酸铁反应的金属铁的质量为Y，

Fe2O3的质量=17.8×160/178=16g

Fe的质量=20.08-17.8-1.16=1.12g

Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O

160 　　　　 400

16g 　　　　 x

Fe + Fe2（SO4）3═3FeSO4

56 　　 400

y 　　　 40g

x=40g y=5.6g

5.6g＞1.12g 故铁的量少，不能和酸反应放出氢气．

【解析】（1）①若装置的气密性良好，加热后试管中的空气只能从C端排出，那么烧杯中C导管口有气泡产生；②甲装置是利用过氧化氢制取氧气，二氧化锰具有催化作用，能催化过氧化氢分解，故现象是产生大量的气泡；③由实验现象可知铁生锈的条件是铁同时与水和氧气接触；B处的铁丝比D处的铁丝更容易生锈，说明铁生锈的快慢与氧气的浓度有关；（2）①碱石灰能吸收水和二氧化碳，故C中增加的质量即为生成的水和二氧化碳的质量，即：102.24 g-100.00g=2.24g ；由于空气中也含有二氧化碳和水蒸汽，故D装置的作用是防止空气中的二氧化碳和水进入C装置；②根据反应的化学方程式可知，Fe2O3 ． H2O与水反应的质量比为178：18，现m(H2O)＝1.80 g，故Fe2O3 ． H2O的质量为17.8g；FeCO3与二氧化碳的反应的质量为116：44，现m(CO2)＝0.44 g，故FeCO3的质量为1.16g；铁锈中单质铁的质量=20.08 g-（17.8g+1.16g）=1.12g单质铁的质量分数Fe%=1.12g／20.08 g ×100%=5.6% ．
【考点精析】解答此题的关键在于理解根据化学反应方程式的计算的相关知识，掌握各物质间质量比=系数×相对分子质量之比．