Question

目前，铁是使用最广泛的金属之一，已知在高温下，Fe与水蒸气可发生反应．应用如图装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”．
请回答下列的问题．
（1）铁在周期表中的位置是

 

．
（2）请写出该反应的化学方程式：

 

．
（3）曾利用铝和铁的氧化物反应原理来焊接钢轨，该反应的化学方程式为

 

．
（4）现有铁和铂组成的合金共a mol，其中Pt的物质的量分数为x，研成粉末状后全部投入含b mol HNO₃的稀溶液中，使其充分反应，且HNO₃的还原产物只有NO．试回答下列问题：
①随HNO₃用量的增加，溶液中的金属离子和残留固体的成分依次有四种情况，请用粒子符号填写下表空白：

	①	②	③	④
溶液中的金属离子		Fe2+
残留固体成分	Fe、Pt		Pt	Pt

②当x=0.5，且溶液中Fe³⁺与Fe²⁺和物质的量相等，在标准状况下共产生112mL NO．则a=

 

，b=

 

．

Answer 1

考点：氧化还原反应的计算,化学方程式的有关计算,铁的化学性质,有关混合物反应的计算

专题：计算题,元素及其化合物

分析：（1）Fe的原子序数为26，原子结构中有4个电子层，最外层电子数为2；
（2）Fe与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气；
（3）铝和铁的氧化物反应生成氧化铝和Fe；
（4）①发生3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，而Pt不与硝酸反应，结合电子守恒计算；
②x=0.5，且溶液中Fe³⁺与Fe²⁺和物质的量相等，则物质的量均为0.25amol，结合电子守恒及原子守恒计算．

解答： 解：（1）Fe的原子序数为26，原子结构中有4个电子层，最外层电子数为2，则位于元素周期表中第四周期，第Ⅷ族，故答案为：第四周期，第Ⅷ族；
（2）Fe与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，反应为3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe₃O₄+4H₂↑，故答案为：3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe₃O₄+4H₂↑；
（3）铝和铁的氧化物反应生成氧化铝和Fe，反应为2Al+Fe₂O₃

高温  .

Al₂O₃+2Fe，故答案为：2Al+Fe₂O₃

高温  .

Al₂O₃+2Fe；
（4）①随HNO₃用量的增加，硝酸不足，发生3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，金属离子为Fe²⁺，残留固体成分为Fe、Pt；
若硝酸与Fe恰好发生3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，金属离子为Fe²⁺，残留固体成分为Pt；
在上述反应基础上，再加硝酸，发生3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，则金属离子为Fe²⁺ Fe³⁺，残留固体成分为Pt；
若亚铁离子恰好被氧化，则发生3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，则金属离子为Fe³⁺，残留固体成分为Pt；
故答案为：

	①	②	③	④
溶液中的金属离子	Fe2+	Fe2+	Fe2+ Fe3+	Fe3+
残留固体成分	Fe、Pt	Pt	Pt	Pt

②x=0.5，且溶液中Fe³⁺与Fe²⁺和物质的量相等，则物质的量均为0.25amol，由电子守恒可知，0.25a×2+0.25a×3=

0.112L

22.4L/mol

×（5-2），解得a=0.012，
由N原子守恒可知b=0.25×0.012mol×2+0.25×0.012mol×3+

0.112L

22.4L/mol

=0.02，
故答案为：0.012；0.02．

点评：本题考查铁的化学性质及氧化还原反应的计算，综合性较强，涉及氧化还原反应及计算等，侧重分析与计算能力的考查，（4）为解答的难点，注意发生的反应的先后及电子、原子守恒的应用，题目难度中等．