题目内容
【题目】铁及其化合物在生活生产中应用非常广泛。
(一)铁材料的有关知识
(1)人类使用金属先后经历了“青铜”、“铁器”时代,直到近代才开始大量使用铝材料。这也反映出Cu、Fe、 Al三种金属的活动性由强到弱的顺序是_______________。
(2)磁铁矿是早期司南(如图)的材料,磁铁矿中所含铁的氧化物主要是________________。
(3)我国C919大型客机去年惊艳亮相,客机上大规模使用碳纤维复合材料、铝锂合金、铁钛合金、纳米陶瓷等先进材料,其中不涉及到的材料是_________(选填序号)。
A 合金
B 无机非金属材料
C 合成材料
D 复合材料
(4)铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿(FeS2)等。工业上用黄铁矿制取硫酸而不用于炼铁,不用于炼铁原因是:①冶炼中产生SO2污染环境;②______________。
(二)制取碱式硫酸铁
碱式硫酸铁是-种废水处理剂,用硫酸厂的废渣(主要成分为铁的氧化物、少量FeS及SiO2)制备碱式硫酸铁晶体[Fe4(OH)2(SO4)5·6H2O]主要流程如下:
(1)废渣应研磨成粉末,目的是_____。
(2)“酸溶”过程中生成H2S气体的化学方程式为________
(3)过滤后洗涤,证明固体已洗净的方法是_______。
(4)“转化”发生反应的化学方程式为_______,该反应温度不宜过高的原因是________。
(三)碱式硫酸铁晶体的热分解实验
兴趣小组称取此晶体样品25.38g,在科研人员的指导下用下图装置进行热分解实验。
[查阅资料]①碱式硫酸铁晶体(相对分子质量为846)200°C完全分解生成Fe2O3、H2O和Fe2(SO4)3;
②Fe2(SO4)3在500°C完全分解为Fe2O3、SO2、SO3和O2;
③B装置中浓硫酸只能吸收SO3和H2O。.
(1)装配好实验装置后,先要_________。
(2)加热前后及过程中均通入N2,停止加热后继续通N2的目的是防止倒吸和______。
(3)控制不同的温度对A中固体加热,测得装置B、C和D中的质量变化如下表,测得剩余固体质量随温度的变化如图所示。
温度/C | 室温 | 220 | 520 |
B装置/g | 200.00 | 203.78 | 207.78 |
C装置/g | 200.00 | 200.00 | x |
D装置/g | 100.00 | 100.00 | 101.60 |
①如图中m1=____________。
②表格中x=_____________。
③将最终的剩余固体继续加热到更高的温度,发现固体减少0.32g后质量不再改变,写出此过程中发生反应的化学方程式____________。
【答案】Al、Fe、Cu Fe3O4 C 含铁量相对低 增大反应物间的接触面积,加快反应(合理的答案均给分) 取最后一次洗涤后的滤液,滴入BaCl2 无现象(合理的答案均给分) 防止H2O2分解 检查装置的气密性 使生成的气体能全部被相应装置吸收,减少实验误差 21.60 206.40
【解析】
(一)(1)人类使用金属先后经历了“青铜”、“铁器”时代,直到近代才开始大量使用铝材料,由于金属越活泼,人类认识和利用的越晚,所以Cu、Fe、 Al三种金属的活动性由强到弱的顺序是:Al>Fe>Cu;
(2)磁铁矿是早期司南(如图)的材料,磁铁矿中所含铁的氧化物主要是:Fe3O4;
(3)碳纤维复合材料属于复合材料,铝锂合金属于金属材料,铁钛合金属于金属材料;纳米陶瓷属于无机非金属材料,故不涉及到的材料是合成材料。故选C;
(4)赤铁矿中铁元素的质量分数为:;
磁铁矿中铁元素的质量分数为:;
黄铁矿中铁元素的质量分数为:
故黄铁矿中含铁量相对较低,因此不用于炼铁;
(二)制取碱式硫酸铁
(1)废渣应研磨成粉末,目的是增大反应物间的接触面积,提高反应速率;
(2)“酸溶”过程中FeS和稀硫酸反应生成H2S气体,该反应的化学方程式为;
(3)因为溶液中含硫酸根离子,故过滤后洗涤,证明固体已洗净的方法是:取最后一次洗涤后的滤液,滴入BaCl2 无现象;
(4)“转化”为硫酸亚铁与过氧化氢、稀硫酸反应生成硫酸铁和水,发生反应的化学方程式为;
过氧化氢受热易分解,故该反应温度不宜过高的原因是防止H2O2分解;
(三)碱式硫酸铁晶体的热分解实验
(1)装配好实验装置后,先要检查装置的气密性;
(2)加热前,通入氮气是为了将装置内的空气排尽,防止空气影响实验结果,实验过程中通入氮气是为了将反应生成的气体全部排出,被相应的装置吸收,停止加热后继续通N2的目的是防止倒吸,故填使生成的气体能全部被相应装置吸收,减少实验误差;
(3)①碱式硫酸铁晶体(相对分子质量为846)200℃完全分解生成Fe2O3、H2O和Fe2(SO4)3,故m1即为碱式硫酸铁的质量减去生成水的质量,从室温到220℃时,B装置增加的质量即为生成水的质量,故生成水的质量为:203.78-200=3.78,m1=25.38g-3.78g=21.60g;
②Fe2(SO4)3在500°C完全分解为Fe2O3、SO2、SO3和O2,D装置增加的质量即为生成氧气的质量,生成氧气的质量为:101.6g-100g=1.6g,C装置增加的质量为生成二氧化硫的质量,
设Fe2(SO4)3在500°C完全分解为SO2的质量为x
,
x=6.4g,y=8.0g
表格中x=200.00g+6.4g=206.40g;
③最后剩余固体为Fe2O3,碱式硫酸铁晶体的质量减去生成的水、二氧化硫、三氧化硫、氧气的质量,即Fe2O3的质量,质量为:25.38g-6.4g-7.78g-1.6g=9.6g
Fe2O3中铁元素的质量为:;
Fe2O3中氧元素的质量为:9.6g-6.72g=2.88g;
将最终的剩余固体继续加热到更高的温度,发现固体减少0.32g,这是因为生成了氧气,固体中剩余氧元素的质量为:2.88g-0.32g=2.56g;
设剩余固体加热生成的铁的氧化物的化学式为:FexOy,5x:16y=6.72g:2.56g,x:y=3:4,故生成的铁的氧化物为Fe3O4,故发生反应的化学方程式为:。
【题目】溶洞都分布在石灰岩组成的山洞中,石灰岩的主要成分是碳酸钙,当遇到溶有二氧化碳的水时,会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2。某化学兴趣小组同学们思考:若向碳酸钠溶液中通入一定量二氧化碳,是否能生成碳酸氢钠(NaHCO3)?于是他们开始实验探究。(不考虑二氧化碳和碳酸作为溶质的情况)
(提出问题)
所得溶液中所含溶质成分是什么?
(查阅资料)
(1)碳酸氢盐[如Ca(HCO3)2、Ba(HCO3)2、NaHCO3]都能溶于水
(2)Na2CO3、NaHCO3的溶液呈碱性、BaCl2溶液呈中性
(提出猜想)
猜想一:溶质为Na2CO3;猜想二:溶质为 NaHCO3;猜想三:溶质为_____。
(实验验证)
实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
(1)取反应后溶液少许于试管中,滴加几滴_____试液; | 溶液变红色 | 该溶液显碱性 |
(2)取反应后溶液少许于试管中,向其中滴加过量的BaCl2溶液; | 有白色沉淀生成 | 猜想_____不成立 |
(3)_____ | _____ | 猜想三成立 |
(得出结论)猜想三成立,证明二氧化碳通入碳酸钠溶液生成了碳酸氢钠。
(拓展应用)同学们回忆实验室用澄清石灰水检验二氧化碳的情景,结合上述知识,如果向一定量的澄清石灰水中不断通入二氧化碳气体,下列哪一个图像能正确反映生成的碳酸钙沉淀与二氧化碳的质量之间的变化关系_____(填字母序号)。