Question

14．铁是日常生活中广泛应用的金属．亚铁离子是血红蛋白的主要成分，它肩负着输送O₂的重任．
（1）铁在元素周期表中的位置是第四周期第VIII族．
（2）钢铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，且与空气的接触面积越大，腐蚀程度越大，写出钢铁腐蚀过程中正极的反应式O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（3）在生铁中含有一种仅由铁、碳两种元素组成的化合物X．已知X中铁、碳元素的质量比为14：1，X的最简式为Fe₃C．
（4）X有如图转化关系（无关物质已经略去）：[X]$→_{高温煅烧}^{足量氧气}$[固体Y]$\stackrel{过量盐酸}{→}$[溶液甲]$\stackrel{双氧水}{→}$[溶液乙]
①溶液甲中含有的阳离子是Fe²⁺Fe³⁺H⁺，向溶液甲中加入双氧水发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O
②将溶液乙加热、蒸干、灼烧后得到的固体是Fe₂O₃．
（5）X与过量的浓硝酸反应生成气体Z和气体W，Z是一种空间构型为直线型的分子，其电子式为．一定温度下，将2mol的W气体置于密闭容器中，保持压强不变，温度由T₁升高到T₂的过程中，气体逐渐变为无色．若保持T₂，增大压强，气体又逐渐变为红棕色．气体的物质的量n随温度T变化的关系如图所示．温度在T₂～T₃之间，气体的平均相对分子质量是（保留1位小数）30.7．

Answer 1

分析 （1）铁是26号元素，四个电子层，最外层2个电子，在周期表中位于第四周期第ⅤⅢ；
（2）钢铁腐蚀过程中正极上是氧气得到电子发生还原反应；
（3）X中铁、碳元素的质量比为14：1，计算物质的量之比得到最简比写出最简式；
（4）转化关系可知（3）得到X的化学式在足量氧气中高温煅烧得到四氧化三铁，加入过量盐酸溶解得到氯化铁、氯化亚铁溶液甲，加入双氧水氧化亚铁离子为铁离子得到溶液乙为氯化铁溶液，加热蒸干灼烧乙溶液促进水解得到水解产物氢氧化铁，灼烧分解为氧化铁；
（5）温度由T₁继续升高到T₂的过程中，气体逐渐变为无色，且混合气体总的物质的量增大，说明NO₂发生分解反应，应生成NO与O₂；温度在T₂-T₃之间处于平衡状态，平衡时混合气体总的物质的量为3mol，根据起始加入2molNO₂计算混合气体总质量，计算混合气体的平均摩尔质量确定平均相对分子质量．

解答 解：（1）铁是26号元素，四个电子层，最外层2个电子，在周期表中位于第四周期第ⅤⅢ族，
故答案为：第四周期第VIII族；
（2）钢铁腐蚀过程中正极上是氧气得到电子发生还原反应，电极反应为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；   
（3）在生铁中含有一种仅由铁、碳两种元素组成的化合物X．已知X中铁、碳元素的质量比为14：1，物质的量之比=$\frac{14}{56}$：$\frac{1}{12}$=3：1，最简式为：Fe₃C，
故答案为：Fe₃C；
（4）转化关系可知（3）得到X的化学式Fe₃C，在足量氧气中高温煅烧得到四氧化三铁，二氧化碳，固体加入过量盐酸溶解得到氯化铁、氯化亚铁溶液甲，
①溶液甲中含有的阳离子是Fe²⁺ Fe³⁺ H⁺，加入双氧水氧化亚铁离子为铁离子得到溶液乙为氯化铁溶液，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：Fe²⁺ Fe³⁺ H⁺，2Fe²⁺+H₂O₂+2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加热蒸发氯化铁溶液，氯化铁水解生成氢氧化铁和盐酸，氯化氢挥发，促进水解得到水解产物氢氧化铁，灼烧后得到的固体是氧化铁，化学式为：Fe₂O₃，
故答案为：Fe²⁺ Fe³⁺ H⁺，2Fe²⁺+H₂O₂+2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，Fe₂O₃；
（5）X与过量的浓硝酸反应生成气体Z和气体W，Z是一种空间构型为直线型的分子，判断Z为CO₂，二氧化碳中碳原子和氧原子分别写出两个共用电子对，电子式为：，W为NO₂，温度由T₁继续升高到T₂的过程中，气体逐渐变为无色，且混合气体总的物质的量增大，说明NO₂发生分解反应，应生成NO与O₂，方程式为：2NO₂?2NO+O₂，
温度在T₂-T₃之间处于平衡状态，平衡时混合气体总的物质的量为3mol，起始加入2molNO₂，故平衡混合气体总质量=2mol×46g/mol=92g，混合气体的平均摩尔质量=$\frac{92g}{3mol}$=30.7g/mol，故混合气体的平均相对分子质量为30.7，
故答案为：30.7．

点评 本题考查了铁及其化合物性质的分析主要是化学式、反应产物的分析判断，反应现象和图象分析是解题关键，题目难度中等．