Question

【題目】已知鐵生銹的過程為：Fe→Fe（OH）2→Fe（OH）3→Fe2O3xH2O．又知草酸（H2C2O4）分解的化學(xué)方程式為 H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O，某化學(xué)小組為測定兩種不同生銹鐵片的組成（設(shè)只含有鐵和Fe2O3xH2O），進行了以下探究，請你參與并完成對有關(guān)問題的解答。

（1）甲同學(xué)利用草酸分解產(chǎn)生的混合氣體和如所示裝置測定其中一種銹鐵的組成。

主要操作為：取銹鐵樣品12.6g置于裝置C的硬質(zhì)玻璃管中，加熱完全反應(yīng)后得到固體的質(zhì)量為8.4g，裝置D增重8.4g。

①鋼鐵在潮濕空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為 ______ 。

②裝置A的作用是 ______ ，裝置B的作用是 ______ 。

③根據(jù)以上數(shù)據(jù)能否測定出銹鐵的組成？答： ______ （填“能”或“不能”）。

④該裝置還存在的一個明顯的缺陷是 ______ 。

（2）乙同學(xué)在甲同學(xué)裝置的基礎(chǔ)上將裝置D換成裝濃硫酸的洗氣瓶（裝置E，此裝置圖略），經(jīng)改進后，重新按甲同學(xué)的操作和樣品取用量進行實驗，若完全反應(yīng)后得到固體的質(zhì)量仍為8.4g，而裝置E增重1.8g，則x= ______ ；m（Fe）：m （Fe2O3xH2O）= ______ 。

（3）丙同學(xué)取少量的另外一種銹鐵片放在燒杯中，然后逐滴加入稀鹽酸，實驗測知所得溶液中Fe2+、Fe3+的物質(zhì)的量之和與加入稀鹽酸的體積關(guān)系如圖2示，此銹鐵中n（Fe）：n（Fe2O3xH2O）的取值范圍是 ______ 。（填字母）

a．大于1 b．等于1 c．小于1

Answer 1

【答案】Fe-2e-=Fe2+ 除去混合氣體中的CO2 除去混合氣體中的H2O 能 缺少尾氣處理裝置 2 2：7 c

【解析】

草酸分解得到含水蒸氣的CO和CO2的混合氣，A裝置中的NaOH除去二氧化碳，B裝置中的濃硫酸干燥CO；C裝置中CO還原Fe2O3，同時Fe2O3·xH2O失去結(jié)晶水，D裝置中堿石灰吸收C裝置中生成的CO2和H2O（g）；據(jù)此分析作答。

（1）①鋼鐵在潮濕空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，負(fù)極鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+，

故答案為：Fe-2e-=Fe2+；

②根據(jù)實驗?zāi)康�，需要使用一氧化碳還原Fe2O3·xH2O，所以需要將草酸分解生成的二氧化碳和水除去，裝置A中的氫氧化鈉溶液用于除去二氧化碳?xì)怏w，裝置B中的濃硫酸用于干燥一氧化碳?xì)怏w，

故答案為：除去混合氣體中的CO2；除去混合氣體中的H2O；

③銹鐵樣品12.6g，加熱完全反應(yīng)后得到的質(zhì)量為8.4g的固體為鐵的質(zhì)量，則銹鐵樣品中氧元素和氫元素質(zhì)量之和為12.6g-8.4g=4.2g，則16g/mol×3n（Fe2O3）+18g/moln（H2O）=4.2g，裝置D增重8.4g為二氧化碳和水的質(zhì)量，結(jié)合方程式Fe2O3·xH2O+3CO2Fe+3CO2+xH2O，44g/mol×3n（Fe2O3）+18g/moln（H2O）=8.4g，解得n（Fe2O3）=0.05mol，n（H2O）=0.1mol，則Fe2O3·xH2O的化學(xué)式為Fe2O3·2H2O，銹鐵樣品中含n（Fe2O3·2H2O）=0.05mol，含n（Fe）==0.05mol，能測定銹鐵的組成；

故答案為：能；

④該裝置的缺陷是：一氧化碳有毒，不能排放到空氣中，所以應(yīng)該增加尾氣處理裝置，

故答案為：缺少尾氣處理裝置；

（2）若將裝置D換成裝濃硫酸的洗氣瓶（裝置E），重新按上述樣品的用量和操作進行實驗，若完全反應(yīng)后得到固體的質(zhì)量仍為8.4g，則銹鐵樣品中氧元素和氫元素質(zhì)量之和為12.6g-8.4g=4.2g，16g/mol×3n（Fe2O3）+18g/moln（H2O）=4.2g，裝置E增重1.8g，n（H2O）=1.8g÷18g/mol=0.1mol，解得n（Fe2O3）=0.05mol，n（Fe2O3）：n（H2O）=0.05mol：0.1mol=1:2，則x=2；m（Fe2O3·xH2O）=0.05mol×160g/mol+1.8g=9.8g，m（Fe）=12.6g-9.8g=2.8g，m（Fe）：m （Fe2O3xH2O）= 2.8g：9.8g=2:7。

故答案為：2；2：7；

（3）0～V1段（加入鹽酸少量時）發(fā)生的反應(yīng)為Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、Fe+2FeCl3=3FeCl2，總反應(yīng)為：Fe+Fe2O3+6HCl=3FeCl2+3H2O；由Fe+2HCl=FeCl2+H2↑可知，2mol氯化氫生成1mol亞鐵離子，由Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O可知，6mol的氯化氫可以生成2mol的Fe3+，顯然消耗相同物質(zhì)的量鹽酸時，鐵與鹽酸反應(yīng)增加的亞鐵離子物質(zhì)的量比氧化鐵與鹽酸反應(yīng)增加的鐵離子物質(zhì)的量大，由于V1～V2鐵離子和亞鐵離子總的物質(zhì)的量增大幅度小于0～V1，說明V1～V2段為氧化鐵與鹽酸的反應(yīng)，即氧化鐵的物質(zhì)的量大于鐵的物質(zhì)的量，故c正確，

故答案為：c。