题目内容

9．已知铁生锈的过程为：Fe→Fe（OH）2→Fe（OH）3→Fe2O3•xH2O．又知草酸（H2C2O4）分解的化学方程式为：H2C2O4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO↑+CO2↑+H2O．某化学小组为测定两种不同生锈铁片的组成（设只含有铁和Fe2O3•xH2O），进行了以下探究，请你参与并完成有关问题的解答．
（1）甲同学利用草酸分解产生的混合气体和如图1所示装置测定其中一种锈铁的组成．主要操作为：取锈铁样品12.6g置于装置C的硬质玻璃管中，加热完全反应后得到固体的质量为8.4g，装置D增重8.4g．
①装置A的作用是除去混合气体中的CO2，装置B的作用是除去混合气体中的H2O．
②根据以上数据能否测定出锈铁的组成？答：能（填“能”或“不能”）．
③该装置还存在的一个明显的缺陷是缺少尾气处理装置．
（2）乙同学在甲同学装置的基础上将装置D换成装浓硫酸的洗气瓶（装置E，此装置图略），经改进后，重新按甲同学的操作和样品取用量进行实验，若完全反应后得到固体的质量仍为8.4g，而装置E增重1.8g，则x=2；m（Fe）：m （Fe2O3•xH2O）=2：7．
（3）丙同学取少量的另外一种锈铁片放在烧杯中，然后逐滴加入稀盐酸，实验测知所得溶液中Fe2+、Fe3+的物质的量之和与加入稀盐酸的体积关系如图2所示，此锈铁中n（Fe）：n（Fe2O3•xH2O）的取值范围是c（填字母）．
a．大于1    b．等于1    c．小于1．

分析 （1）①装置A为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液能够与二氧化碳反应，利用氢氧化钠溶液将混合气体中的二氧化碳除去；装置B中为浓硫酸，浓硫酸能够吸收混合气体中的水分；
②根据锈铁样品12.6g、固体的质量为8.4g为铁的质量、装置D增重8.4g为二氧化碳和水的质量，根据以上数据可以计算出铁锈组成；
③根据一氧化碳有毒，不能排放到空气中进行解答；
（2）根据浓硫酸吸收水和碱石灰吸收水和二氧化碳，求出二氧化碳的质量，然后根据二氧化碳求出氧化铁的质量，从而求出x的值；再根据样品总质量计算出m（Fe）：m （Fe2O3•xH2O）；
（3）氧化铁先与盐酸反应，根据氧化铁、铁与盐酸反应方程式判断消耗相同的氯化氢生成铁离子、亚铁离子的物质的量大小，然后根据图象进行判断二者物质的量关系．

解答 解：（1）①根据实验目的，需要使用一氧化碳还原氧化铁晶体，所以需要将草酸分解生成的二氧化碳和水除去，装置A中的氢氧化钠溶液用于除去二氧化碳气体，装置B中的浓硫酸用于干燥一氧化碳气体，
故答案为：除去混合气体中的CO2；除去混合气体中的H2O；
②加热完全反应后得到固体的质量为8.4g为铁的质量，装置D增重8.4g为二氧化碳和水的质量，再经过样品的总质量可以计算出铁锈组成，
故答案为：能；
③一氧化碳有毒，不能排放到空气中，所以应该增加尾气处理装置，
故答案为：缺少尾气处理装置；
（2）浓硫酸吸收水，碱石灰吸收水和二氧化碳．取锈铁样品12.6g置于装置D的硬质玻璃管中，加热一段时间至完全反应后得到固体的质量为8.4g，装置E增重8.4g．若将装置E换成装浓硫酸的洗气瓶F，重新按上述样品的用量和操作进行实验，若完全反应后得到固体的质量仍为8.4g，而装置F增重1.8g．所以水的质量为1.8g，二氧化碳的质量为8.4g-1.8g=6.6g，设氧化铁的质量为y，
Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2
160                132
y                   6.6g
$\frac{160}{y}$=$\frac{132}{6.6}$，
y=8g
则氧化铁和水的分子个数比=$\frac{8g}{160}$=$\frac{1.8g}{18}$=1：2，所以x=2；
样品中铁的质量为：12.6g-（8g+1.8g）=2.8g，所以样品中铁单质和Fe2O3•xH2O的质量比为：2.8g：（8g+1.8g）=2：7，
故答案为：2；2：7；
（3）0～V1段发生的反应为Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、Fe+2FeCl3=3FeCl2，正反应为：Fe+Fe2O3+6HCl=3FeCl2+3H2O，V1～V2段铁或者氧化铁有一种物质过量；由Fe+2HCl=FeCl2+H2↑可知，2mol氯化氢生成1mol亚铁离子，由Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O可知，6mol的氯化氢可以生成2mol的Fe3+，显然消耗相同物质的量盐酸时，铁与盐酸反应增加的亚铁离子比氧化铁增加的铁离子物质的量大，由于V1～V2铁离子和亚铁离子总的物质的量增大幅度小于0～V1，说明V1～V2段为氧化铁与盐酸的反应，即氧化铁的物质的量大于铁的物质的量，故c正确，
故答案为：c．

点评 本题考查了探究物质组成及测量物质含量的方法、铁的氧化物和氢氧化物的性质，题目难度较大，注意掌握探究物质组成、测量物质含量常用方法，（3）为易错点，注意铁与氧化铁混合物与盐酸的反应情况．

练习册系列答案
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19．下列关于有机物的叙述正确的是（　　）
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20．某液态烃的分子式为C8H10，实验证明它能使高锰酸钾酸性溶液褪色，但不能使溴水褪色．
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17．化学是以实验为基础的自然科学，化学实验操作中必须十分重视安全问题和环境保护问题．下列实验问题处理方法正确的是（　　）
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1．试回答下列问题：
（1）标准状况下11.2L NH3中含3.01×1023个氨分子，1.5mol氢原子；
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3．羟胺（NH2OH）可看成是氨分子内的1个氢原子被羟基取代的物质，常用作还原剂，其水溶液显弱碱性．
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从氧化产物看，用羟胺作还原剂的优点是对环境无污染，对溶液不会引入新的杂质．
（2）NH2OH的水溶液呈弱碱性的原理与NH3相似，NH2OH的水溶液中主要离子有NH3OH+、OH-（填离子符号）．
（3）某离子化合物的组成元素与NH2OH相同，其水溶液显酸性．该物质是NH4NO3（填化学式）．
（4）制备NH2OH•HCl（盐酸羟胺）的一种工艺流程如下图所示，回答以下问题：

①i步骤中，发生反应的化学方程式为Ca（OH）2+2SO2=Ca（HSO3）2．
②iii步骤中，X为BaCl2（填化学式）．
③若要使滤液Y中SO42-、SO32-浓度均小于1.0×10-5 mol•L-1，溶液中Ba2+浓度应不小于5.0×10-5mol•L-1．[已知Ksp（BaSO3）=5.0×10-10，Ksp（BaSO4）=1.1×10-10]
（5）用惰性电极电解硝酸溶液可制备NH2OH．写出其阳极反应式：4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+．
4．铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：

首先检查制取氧气装置的气密性，然后按图所示连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：①直形导管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直形导管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮．
试回答以下问题：
（1）由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于电化学腐蚀．如果用外加电流的阴极保护法防止铁生锈，铁应该接电源的负极．
（2）仪器A的名称为球形干燥管，其中装的药品可以是碱石灰（或无水氯化钙），其作用是干燥O2．
（3）由实验可知，该类铁生锈的条件为①与O2接触、②与水接触．决定铁生锈快慢的一个重要因素是氧气浓度．
（4）查资料可知，铁锈的主要成分是Fe2O3•xH2O，请写出吸氧腐蚀得到Fe（OH）2后，继续生成铁锈的两个化学方程式4Fe（OH）2+O2+2H2O═4Fe（OH）3，2Fe（OH）3═Fe2O3•xH2O+（3-x）H2O．

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