Question

铁是一种典型的过渡金属，铁和铁的化合物在生产和生活中有广泛的应用。完成下列计算：
（1）将11.802 g钢样粉末（只含铁和碳）于高温下置于足量的纯氧中充分反应，冷却后得到16.240 g磁性氧化铁。
①钢样中含铁________g。
②生成的CO₂在标准状况下体积为________mL。
（2）向10 mL氯化铁溶液（含盐酸0.001 mol）中加入16.8 g 5%的烧碱溶液（足量），充分反应后过滤。洗涤沉淀，将洗涤液与滤液合并后稀释至250mL。取25mL稀释液，用0.100 mol/L盐酸滴定，终点时消耗盐酸的体积15.50mL。计算原溶液中Fe³⁺的物质的量浓度。
（3）铁锈的主要成分实为羟基氧化铁[化学式FeO(OH)]。将一块带锈铁片放入700mL pH＝0的稀硝酸中充分反应，收集到标准状况下NO气体3.584 L，最终剩余2.020g铁。求：
①反应后溶液中溶质的成分与物质的量。
②原带锈铁片中铁锈的质量分数。
（4）用FeSO₄和NaOH制备Fe(OH)₂时，往往会形成一种灰绿色的中间物（用X表示）。经分析，X中含有三种阴离子与两种阳离子，阴、阳离子的总质量之比为11:12。已知两种阳离子为Fe²⁺与Fe³⁺，物质的量之比为2:1。请通过计算确定X的化学式。

Answer 1

（本题共16分）（1） ①11.76（2分）；②78.4（2分）；      （2）0.15mol/L（3分）；
（3）①Fe(NO₃)₂（1分），0.27mol（1分）；②0.10（或10%，3分）；
（4）Fe₆(SO₄)₂(OH)₄O₃（2FeSO₄·2Fe(OH)₂·Fe₂O₃、2FeSO₄·Fe(OH)₂·Fe₃O₄·H₂O等亦可，4分）

试题分析：（1）①16.240 g磁性氧化铁中铁元素的质量是16.24g×＝11.76g，所以根据铁原子守恒可知，钢样中含铁11.76g。
②钢样中碳元素的质量是11.802 g－11.76g＝0.042g，物质的量＝0.042g÷12g/mol＝0.0035mol，所以根据碳原子守恒可知，生成的CO₂的物质的量也是0.0035mol，在标准状况下的体积是0.0035mol×22.4L/mol＝0.0784L＝78.4ml。
（2）氢氧化钠的质量是16.8 g×5%＝0.84g，氢氧化钠的物质的量是0.84g÷40g/mol＝0.021mol，则根据钠离子守恒可知最终生成的氯化钠是0.021mol。原溶液中含有的盐酸和加入的盐酸的物质的量之和＝0.100 mol/L×0.0155L×10＋0.001mol＝0.0165mol，所以根据氯离子守恒可知，氯化铁中氯离子的物质的量是0.021mol－0.0165mol＝0.0045mol，则氯化铁的物质的量是0.0045mol÷3＝0.0015mol，所以铁离子的浓度是0.0015mol÷0.01L＝0.15mol/L。
（3）①反应后铁过量，所以最终溶液中的成分是Fe(NO₃)₂。硝酸的物质的量是0.7L×1mol/L＝0.7mol，NO的物质的量是3.584L÷22.4L/mol＝0.16mol，所以根据氮原子守恒可知，生成的硝酸亚铁的物质的量是（0.7mol－0.16mol）÷2＝0.27mol。
②假设铁锈的物质的量是x，铁的物质的量是y，则根据铁原子守恒可知x＋y＝2.020g÷56g/mol＋0.27mol。根据电子得失守恒可知x＋0.16mol×3＝（y－2.020g÷56g/mol）×2，解得x＝0.02mol、y＝0.286mol所以铁锈的质量分数＝＝0.1。
（4）设有2mol Fe²⁺和1mol Fe³⁺，其铁元素质量是3mol×56g/mol＝168g
由于阴、阳离子的总质量之比为11:12
所以阴离子共168g×＝154g，且带有7mol负电荷
所以SO₄^2-只有1mol（96g）
剩余两种阴离子共58g，且带有5mol负电荷。
因为5mol OH^—为85g，因此第三种阴离子只能为质量轻、电荷多的O^2－
设OH^—和O^2－的物质的量分别是x和y
则x＋2y＝5、17x＋16y＝58
解得x＝2mol、y＝1.5mol
因此三种阴离子的物质的量之比是2:4:3
所以化学式是Fe₆(SO₄)₂(OH)₄O₃