Question

【题目】钢铁行业是我国国民经济的支柱性产业，我国钢铁生产总量占世界钢铁生产总量的50%以上。

⑴钢是一种铁合金，其硬度比纯铁________（填“大”或“小”），钢铁生锈实际是铁与空气中的________发生了化学反应。请写出一种能防止钢铁生锈的措施______________。

⑵下图是某兴趣小组用实验室装置模拟炼铁的化学原理图，用于测定赤铁矿中氧化铁的质量分数。

①装置A中发生反应的化学方程式为___________；装置B中发生反应的化学方程式为________；装置C的作用是______________；

②装置气密性良好，假设反应完全且赤铁矿中的杂质不参加反应，称重赤铁矿样品的质量为wg，则要测定该赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，需要测量的数据是____________或_____________。

⑶某研究性学习小组将Fe和Fe2O3的混合物与稀硫酸反应以测定混合物中Fe2O3的质量分数。称取样品27.2g，与质量分数为20%的稀硫酸充分反应，当加入196g稀硫酸时固体粉末恰好完全溶解，此时收集到0.2g氢气，请写出Fe和Fe2O3分别与稀硫酸反应的化学方程式__________、_________。

【提出疑问】小明根据已有知识推断固体溶解后溶液中的溶质为Fe2(SO4)3和________，并据此计算出铁的质量5.6g，进一步计算发现需要硫酸的总质量比实际消耗的________（填“多”或“少”）。

【查阅资料】Ⅰ、含Fe3+的溶液中滴加硫氰化钾（KSCN）溶液后溶液呈红色；含Fe2+的溶液中滴加硫氰化钾溶液后溶液无明显现象。

Ⅱ、Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4

【继续探究】小明向反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象。则溶液中肯定不含________。

【分析计算】计算出27.2gFe和Fe2O3的混合物中Fe2O3的质量分数______。（写出计算过程）

Answer 1

【答案】 大 氧气和水 表面涂油、刷漆等 Fe2O3+3CO 高温2Fe+3CO2 2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O 除去未反应的CO，防止污染空气 反应后装置A中药品的质量 测出反应前后装置B增加的质量 Fe+H2SO4= FeSO4+H2↑ Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O FeSO4 多 Fe2(SO4)3 58.8%

【解析】⑴合金的硬度、强度、耐腐性通常比纯金属的高；铁生锈是铁与氧气、水共同作用的结果，所以防锈的方法有隔绝氧气、保持金属表面洁净干燥、改变金属的组成和结构（制成合金）；⑵①装置A中一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，发生反应的化学方程式为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2；装置B中氢氧化钠和二氧化碳发生反应生成碳酸钠，化学方程式为2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O；装置C的作用是点燃尾气中的一氧化碳，防止污染空气；②如反应完全且赤铁矿中的杂质不参加反应，称重赤铁矿样品的质量为wg，则要测定该赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，需要测量的数据是反应后装置A中药品的质量（固体减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，根据氧化铁的化学式计算氧化铁中氧元素的质量分数，氧元素的质量除以氧化铁中氧元素的质量分数就是氧化铁的质量，氧化铁的质量除以wg，即可得赤铁矿样品中氧化铁的质量分数）或测出反应前后装置B增加的质量（增加的质量就是反应生成二氧化碳的质量，由化学方程式计算出氧化铁的质量，氧化铁的质量除以wg，即可得赤铁矿样品中氧化铁的质量分数）；⑶铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，反应方程式为：Fe+H2SO4= FeSO4+H2↑；氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水，反应方程式为：Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O；【提出疑问】根据铁、氧化铁与硫酸的反应方程式可推断固体溶解后溶液中的溶质为Fe2(SO4)3和FeSO4，由生成氢气的质量为0.2g,可计算出单质铁的质量5.6g

设5.6g完全反应消耗硫酸的质量为x

Fe + H2SO4= FeSO4+H2↑

56 98

5.6g x

x=9.8g 则需要硫酸溶液的质量为：9.8g÷20%=49g

设氧化铁反应的硫酸质量为y

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O

160 294

27.2g-5.6g y

y=39.69g 则需要硫酸溶液的质量为：39.69g÷20%=198.45g

共消耗硫酸溶液：49g+198.45g>196g

【继续探究】由题中信息可知：含Fe3+的溶液中滴加硫氰化钾（KSCN）溶液后溶液呈红色；含Fe2+的溶液中滴加硫氰化钾溶液后溶液无明显现象。向反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象。则溶液中肯定不含Fe3+；

【分析计算】由于最终铁元素都以硫酸亚铁的形式存在，设铁元素的总质量为m

H2SO4 ~ FeSO4 ~ Fe

98 56

196g m

x=22.4g

其中有5.6g铁与硫酸反应生成氢气，其余的铁来自于Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4，由化学方程式可知三分之一的铁是该反应中的单质铁，三分之二的铁是硫酸铁中，即氧化铁中的铁（因氧化铁和硫酸生成硫酸铁和水），因此可知氧化铁中的铁元素是11.2g，设氧化铁的质量为n，

2Fe ~ Fe2O3

112 160

11.2g n

112/11.2g=160/n n=16g

即27.2gFe和Fe2O3的混合物中Fe2O3的质量为16g,混合物中氧化铁的质量分数为：

16g ÷27.2g×100%≈58.8%。

答：混合物中Fe2O3的质量分数为58.8%