Question

8．某研究性学习小组的同学在学习铁及其化合物知识时进行了系列研究．
（1）如图为某兴趣小组探究铁生锈的三个实验，最先观察到铁锈的是C（选填序号）．

（2）铁生锈的主要过程为：Fe$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$  Fe（OH）₂   $\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$  Fe（OH）₃  $\stackrel{风吹日晒}{→}$Fe₂O₃•xH₂O
次要过程为：Fe  $\stackrel{O_{2}、CO_{2}、H_{2}O}{→}$    FeCO₃
（3）铁锈组分的确定
某铁锈成分为Fe₂O₃•xH₂O和FeCO₃．为确定其组成，兴趣小组称取此铁锈样品25.4g，在科研人员的指导下用如图装置进行实验．

【查阅资料】Fe₂O₃•xH₂O失去水分子温度为110℃，FeCO₃在282℃分解为FeO和CO₂．温度高于400℃时铁的氧化物才能被CO还原．
①装置A中的反应为：H₂C₂O₄（草酸）$→_{△}^{浓硫酸}$CO↑+CO₂↑+H₂O．通过B、C装置可得到干燥、
纯净的CO气体，洗气瓶B中最好盛放C（选填序号）．
A．浓硫酸           B．澄清的石灰水        C．氢氧化钠溶液
②现控制D装置中的温度为300℃对铁锈进行热分解，直至D装置中剩余固体质量不再变化为止，冷却后装置E增重3.6g，装置F增重2.2g．则样品中FeCO₃的质量m（FeCO₃）=5.8g，x=2．
（4）在钢铁厂的实验室，同学们了解到随着温度的升高，氧化铁在还原过程中能产生其他铁的氧化物，并最终被还原成铁．下图是某种热分析仪记录的CO与Fe₂O₃进行反应时的有关数据，并得到固体质量与反应温度的关系曲线．根据图象分析，固体质量由48.0g变为46.4g的过程中发生反应的化学方程式为3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

（5）同学们取了10g某菱铁矿样品（主要成分为FeCO₃，杂质不参加反应），磨成粉末，加入200g足量稀硫酸，充分反应后称得剩余物的总质量为207.8g，计算该样品中FeCO₃的质量分数．（要有完整的计算过程）已知：FeCO₃+H₂SO₄═FeSO₄+H₂O+CO₂↑

Answer 1

分析 （1）根据钢铁锈蚀的影响要素分析；
（3）根据除杂的原则分析，计算中应该抓住物质的量的关系进行，确定水、二氧化碳和氧化铁的质量，进而确定化学式；
（4）根据图确定对应的氧化铁失去氧的情况，进而确定生成的铁的化合物的化学式，最后书写化学方程式；
（5）根据质量守恒定律可知，过程中质量的减少是因为生成了二氧化碳，所以可以求算二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量和对应的化学方程式求算碳酸亚铁的质量，进而求算对应的质量分数

解答 解：
（1）A铁钉同时接触到氧气和水，所以容易生锈；
B铁钉接触到水，但是没接触到氧气，所以很难生锈；
C铁钉接触到氧气和水的同时，由于氯化钠的存在，加速了生锈，导致最先观察到铁锈．
故选：C．
（3）铁锈组分的确定
某铁锈成分为Fe₂O₃•xH₂O和FeCO₃．为确定其组成，兴趣小组称取此铁锈样品25.4g，在科研人员的指导下用如图装置进行实验．

【查阅资料】Fe₂O₃•xH₂O失去水分子温度为110℃，FeCO₃在282℃分解为FeO和CO₂．温度高于400℃时铁的氧化物才能被CO还原．
①装置A中的反应为：H₂C₂O₄（草酸）$→_{△}^{浓硫酸}$CO↑+CO₂↑+H₂O．通过B、C装置可得到干燥、纯净的CO气体，在有水和二氧化碳的情况下要得到干燥、纯净的一氧化碳，应该先除二氧化碳后除水蒸气，所以洗气瓶B中最好盛放氢氧化钠溶液，因为氢氧化钠的溶解度大于氢氧化钙，这样吸收二氧化碳的能力更强．C装置装有浓硫酸，去除一氧化碳中混有的水蒸气．
②现控制D装置中的温度为300℃对铁锈进行热分解，所以此时只有Fe₂O₃•xH₂O的失水和FeCO₃分解为FeO和CO₂直而没有铁的氧化铁和一氧化碳的反应，也可以说此时一氧化碳没有参与反应，则生成的二氧化碳与一氧化碳无关．冷却后装置E增重3.6g这是Fe₂O₃•xH₂O的失去的水的质量，装置F增重2.2g，是碳酸亚铁分解生成的二氧化碳的质量．
设碳酸亚铁的质量为x
FeCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO₂↑
116                    44
x                                 2.2g
$\frac{116}{44}$=$\frac{x}{2.2g}$
x=5.8g
则Fe₂O₃•xH₂O中Fe₂O₃的质量为25.4g-5.8g-3.6g=16g
则Fe₂O₃•xH₂O中Fe₂O₃和H₂O分子个数比为$\frac{16g}{160}$：$\frac{3.6g}{18}$=1：2，所以x=2
（4）固体质量由48.0g变为46.4g时，对应温度为400-500℃，此时Fe₂O₃与CO反应，根据氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，与CO发生反应时．失去氧48g-46.4=1.6g
氧化铁中氧元素为48.0g×$\frac{48}{56×2+16×3}$×100%=14.4g，铁元素质量=48-14.4g=33.6g
残余固体中氧元素质量=14.4g-1.6g=12.8g
铁氧原子个数比=$\frac{33.6g}{56}$：$\frac{12.8g}{16}$=3：4，所以此时还原产物为Fe₃O₄
对应方程式3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；
（5）根据质量守恒定律可得，生成的二氧化碳的质量为10g+200g-207.8g=2.2g
设碳酸亚铁的质量为x
FeCO₃+H₂SO₄═FeSO₄+H₂O+CO₂↑
116                                          44
x                                             2.2g
$\frac{116}{44}$=$\frac{x}{2.2g}$
x=5.8g
该样品中FeCO₃的质量分数为$\frac{5.8g}{10g}$×100%=58%．
故填：
（1）C；
（3）①C；
②5.8； 2．
（4）3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．
（5）58%．

点评 根据化学方程式计算时，第一要正确书写化学方程式，第二要使用正确的数据，第三计算过程要完整．