Question

2．目前，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量居世界第一，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．
（一）鐵的廣泛應(yīng)用
（1）我國(guó)在西漢時(shí)期就有“曾青得鐵則化為銅”之說，用化學(xué)方程式表示其原理Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
（2）鐵與鉻（Cr）、鎳（Ni）等金屬熔合可形成“不銹鋼”，用不銹鋼絲和聚乙烯纖維為
原料可制作耐酸防護(hù)服材料．以上敘述中不涉及到B（選填序號(hào)）．
A．合金   B．無機(jī)非金屬材料   C．合成材料  D．復(fù)合材料
（二）鐵銹成分的探究
（1）如圖為某興趣小組探究鐵生銹的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，最先觀察到鐵銹的是C（選填序號(hào)）．


（2）鐵生銹的主要過程為：Fe$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₂$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₃$\stackrel{風(fēng)吹日曬}{→}$Fe₂O₃．xH₂O次要過程為：Fe$\stackrel{O_{2}、CO_{2}、H_{2}O}{→}$FeCO₃，寫出Fe→Fe（OH）₂反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂．
（3）鐵銹組分的確定
某鐵銹成分為Fe₂O₃•xH₂O和FeCO₃．為確定其組成，興趣小組稱取此鐵銹樣品25.4g，在科研人員的指導(dǎo)下用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

[查閱資料]
①Fe₂O₃•xH₂O失去結(jié)晶水溫度為110℃，F(xiàn)eCO₃在282℃分解為FeO和CO₂．
②溫度高于500℃時(shí)鐵的氧化物才能被CO還原．
（1）裝配好實(shí)驗(yàn)裝置后，首先要檢查裝置的氣密性．
（2）裝置A中的反應(yīng)為：H₂C₂O₄（草酸）$\stackrel{濃硫酸}{→}$CO↑+CO₂↑+H₂O通過B、C裝置可得到干燥、純凈的CO氣體，洗氣瓶B中應(yīng)盛放c（選填序號(hào)）．
a．濃硫酸    b．澄清的石灰水  c．氫氧化鈉溶液
（3）現(xiàn)控制D裝置中的溫度為300℃對(duì)鐵銹進(jìn)行熱分解，直至D裝置中剩余固體質(zhì)量不再變化為止，冷卻后裝置E增重3.6g，裝置F增重2.2g．則樣品中FeCO₃的質(zhì)量m（FeCO₃）=5.8g，x=2．
（4）若缺少G裝置，測(cè)得的m（FeCO₃）偏大（選填“偏大”、“偏小”、“不變”，下同），x的值會(huì)偏大．
（三）煉鐵過程的探究
（1）寫出工業(yè)上用赤鐵礦（主要成分Fe₂O₃）煉鐵主要原理的化學(xué)方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【查閱資料】用CO還原Fe₂O₃煉鐵的過程大致分為三個(gè)階段：
階段1：3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;500～600℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂
階段2：Fe₃O₄$\frac{\underline{\;600～700℃\;}}{\;}$3FeO+CO₂
階段3：FeO+CO$\frac{\underline{\;＞200℃\;}}{\;}$Fe+CO₂

（2）將上述300℃熱分解后的D裝置中剩余固體繼續(xù)分階段升溫，進(jìn)行CO還原鐵的氧化物煉鐵過程的探究．加熱時(shí)測(cè)定D中剩余固體質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖所示．圖中M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的a=18 （請(qǐng)列出計(jì)算過程）．

Answer 1

分析 （一）（1）根據(jù)鐵和硫酸銅反應(yīng)生成硫酸亞鐵和銅進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)材料的分類解答；
（二）（1）根據(jù)鐵生銹的條件進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)鐵與水和氧氣作用下生成氫氧化亞鐵進(jìn)行分析；
（3）
②（1）根據(jù)有氣體參加或生成的反應(yīng)，組裝好儀器后，要先檢驗(yàn)裝置氣密性，再裝藥品進(jìn)行反應(yīng)；
（2）根據(jù)草酸分解生成水、二氧化碳、一氧化碳，在一氧化碳參與反應(yīng)之前，需要先將二氧化碳和水除去進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)濃硫酸有吸水性，堿石灰會(huì)與二氧化碳反應(yīng)進(jìn)行分析；
（4）根據(jù)空氣中的二氧化碳、水會(huì)與堿石灰反應(yīng)進(jìn)行分析；
（三）（1）根據(jù)一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)碳酸亞鐵分解生成氧化亞鐵和二氧化碳，一氧化碳還原氧化鐵的三個(gè)階段的反應(yīng)可知，M點(diǎn)實(shí)際是一氧化碳將氧化鐵還原生成了氧化鐵和碳酸亞鐵分解生成氧化亞鐵的質(zhì)量之和，結(jié)合前面計(jì)算出的碳酸亞鐵的質(zhì)量、氧化鐵的質(zhì)量即可求出M點(diǎn)的數(shù)值．

解答 解：（一）（1）硫酸銅溶液遇到金屬鐵時(shí)，鐵與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)能生成金屬銅，化學(xué)方程式為：Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄；
（2）不銹鋼絲屬于金屬材料，聚乙烯纖維屬于合成材料，耐酸防護(hù)服材料屬于復(fù)合材料，故選：B；
（二）（1）鐵生銹時(shí)，需要水分和氧氣同時(shí)存在，當(dāng)有鹽類物質(zhì)存在時(shí)，生銹速度加快，故選：C；
（2）鐵與水和氧氣作用下生成氫氧化亞鐵，化學(xué)方程式為：2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；
（3）
②（1）有氣體參加或生成的反應(yīng)，組裝好儀器后，要先檢驗(yàn)裝置氣密性，再裝藥品進(jìn)行反應(yīng)；
（2）草酸分解生成水、二氧化碳、一氧化碳，在一氧化碳參與反應(yīng)之前，需要先將二氧化碳和水除去，濃硫酸有吸水性，氫氧化鈉會(huì)與二氧化碳反應(yīng)，要先除二氧化碳，在除水蒸氣，所以洗氣瓶B中應(yīng)盛放氫氧化鈉溶液，故選：c；
（3）濃硫酸有吸水性，堿石灰會(huì)與二氧化碳反應(yīng)，加熱到了300℃，所以一氧化碳不會(huì)還原氧化鐵，濃硫酸增加的質(zhì)量是水的質(zhì)量，來自鐵銹，堿石灰增加的質(zhì)量來自碳酸亞鐵分解生成的二氧化碳，所以依據(jù)元素守恒進(jìn)行計(jì)算
設(shè)碳酸亞鐵的質(zhì)量為y，
$\frac{12}{116}$×y=$\frac{12}{44}$×2.2g
y=5.8g
所以Fe₂O₃•xH₂O為：25.4g-5.8g=19.6g，氧化鐵的質(zhì)量為：$\frac{160}{196}$×19.6g=16g
$\frac{2x}{160+18x}$×19.6g=$\frac{2}{18}$×3.6g
            x=2；
（4）空氣中的二氧化碳、水會(huì)與堿石灰反應(yīng)，導(dǎo)致F裝置中收集的二氧化碳質(zhì)量偏大，所以碳酸亞鐵質(zhì)量偏大，F(xiàn)e₂O₃•xH₂O，所以x質(zhì)量偏大；
（三）（1）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）設(shè)碳酸亞鐵生成的氧化亞鐵質(zhì)量為a，
FeCO₃→FeO
116     72
5.8g    a
 $\frac{116}{5.8g}=\frac{72}{a}$
  a=3.6g
氧化鐵生成的氧化亞鐵質(zhì)量為b，
Fe₂O₃→2FeO
 160    144
 16g     b
  $\frac{160}{16g}=\frac{144}$
  b=14.4g
所以M=14.4g+3.6g=18g．
故答案為：
（一）（1）Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；
（2）B；
（3）Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（二）（1）C；
（2）2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；
（三）（1）檢查裝置的氣密性；
（2）H，c；
（3）5.8，2；
（4）偏大，偏大；
（三）（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）18．

點(diǎn)評(píng) 本題考查一氧化碳還原鐵的氧化物的步驟、現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)式的書寫，以及用不同的方法驗(yàn)證鐵的存在，需要同學(xué)們具有比較全面的化學(xué)知識(shí)．