Question

20．材料是人类赖以生存和发展的重要物质，目前使用量最多的金属材料仍然是钢铁
（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Al、Fe、Cu．
2、钢铁材料通常分为生铁和钢．如图1是我国1997年发行的纪念钢产量首次突破1亿吨的邮票．邮票通常密封保存在聚乙烯塑料袋中
①以上叙述中不涉及到的材料是B（选填序号）．
A．合金 B．无机非金属材料 C．有机合成材料
②以赤铁矿为原料冶炼铁反应的化学方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
③钢铁露置在空气中易生锈，请提出防止其生锈的一种措施涂油．
（二）铁及其化合物的实验
1、将Fe粉溶于稀H₂SO₄，此反应属于置换反应（填基本反应类型）．用点燃法检验生成的H₂前必须验纯．
2、向上述反应后的溶液中滴加NaOH溶液，生成白色Fe（OH）₂沉淀，随后沉淀变为灰绿色．
①生成Fe（OH）₂反应的化学方程式2NaOH+FeSO₄=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄．
②白色沉淀变为灰绿色的原因之一是部分Fe（OH）₂接触空气生成Fe（OH）₃，反应的化学方程式4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．（2分）生成的Fe（OH）₃分解为Fe₂O₃．
③过滤、洗涤、低温干燥得到灰绿色固体，其组成为2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃〔相对分子质量为644]．能证明固体已洗净的方法为取少量洗涤液于试管中，滴加氢氧化钠溶液，没有明显变化．
（三）灰绿色固体的热分解实验
兴趣小组称取此固体6.44g，在科研人员的指导下用如图2装置进行热分解实验．
[查阅资料]
①Fe（OH）₂在150℃～200℃时完全分解为FeO；
②FeSO₄在450℃～500℃时完全分解为Fe₂O₃，2FeSO₄$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
1、加热前后及过程中均通入N₂，加热前通N₂的目的是将装置内的空气赶出．
2、控制温度在不同的范围对A中样品加热，测得剩余固体质量随温度的变化如图3所示．B装置中浓硫酸只能吸收SO₃和H₂O，当加热到t₁℃时，装置C中的现象为紫红色的溶液颜色慢慢变浅．
①图3中E点对应的m₁=6.08．
②图3中F点对应物质中Fe₂O₃的质量为3.2g．
③科研人员将F点所得剩余固体隔绝空气，在密闭容器中加热到1400℃，得到纯净的磁性Fe₃O₄．已知加热过程中发生两个反应，且反应前后固体总质量不变．请写出其中一个反应的化学方程式Fe₂O₃+FeO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄．

Answer 1

分析 （一）1、根据金属的活动性顺序来分析；
2、根据材料的分类、化学方程式的写法以及防锈措施来分析；
（二）1、根据基本反应类型的判断方法以及氢气的检验方法来分析；
2、根据反应原理以及化学方程式的写法来分析解答；
（三）根据加热前装置内有空气来分析；根据高锰酸钾具有氧化性来分析；根据2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃中的氢氧化亚铁分解为FeO来分析；根据FeSO₄的质量来计算Fe₂O₃的质量；根据题干信息来分析解答．

解答 解：（一）1、Cu、Fe、Al三种金属的活动性由强到弱的顺序是Al、Fe、Cu；故填：Al、Fe、Cu；
2、①钢和生铁属于金属材料、聚乙烯塑料属于有机合成材料，不包括无机非金属材料；故填：B；
②用一氧化碳还原氧化铁炼铁，主要是利用CO的还原性，在高温下和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
③铁生锈的条件是与氧气和水共同接触，只要将铁制品与水或氧气隔绝就行了，所以在铁制品表面涂油、喷漆即可；故填：涂油（答案合理即可）；
（二）1、铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，是由一种单质与一种化合物反应生成新的单质与新的化合物，属于置换反应，氢气具有可燃性，若不纯点燃可能会发生爆炸，所以点燃氢气之前，一定要验纯；故填：置换反应；验纯；
2、①硫酸亚铁与氢氧化钠发生复分解反应生成氢氧化亚铁和硫酸钠；故填：2NaOH+FeSO₄=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；
②氢氧化亚铁、水与氧气反应生成氢氧化铁；故填：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
③若没有洗净则洗涤液中含有亚铁离子，可取少量洗涤液于试管中，滴加氢氧化钠溶液，若出现白色沉淀则没有洗净，否则就洗净了；故填：取少量洗涤液于试管中，滴加氢氧化钠溶液，没有明显变化；
（三）1、加热前，通入一段时间N₂的目的是将装置内的空气赶出，故填：将装置内的空气赶出；
2、高锰酸钾具有氧化性，能吸收二氧化硫，溶液由紫红色变浅，故填：紫红色的溶液颜色慢慢变浅；
①图3中E点对应的m₁为2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃中的氢氧化亚铁分解为FeO后剩余固体的质量，设生成水的质量为x
2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃--2H₂O
             644                             36
            6.44g                            x
$\frac{644}{36}=\frac{6.44g}{x}$
x=0.36g
则m₁=6.44g-0.36g=6.08g；故填：6.08；
②设生成Fe₂O₃的质量为y，
6.44g2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃中含有FeSO₄的质量为：6.44g×$\frac{152×2}{644}×100%$=3.04g
6.44g2FeSO₄•2Fe（OH）₂•Fe₂O₃中含有Fe₂O₃的质量为：6.44g×$\frac{160}{644}×100%$=1.6g
2FeSO₄$\frac{\underline{\;450℃～500℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑
  304                             160
3.04g                             y
$\frac{304}{160}=\frac{3.04g}{y}$
图3中F点对应物质中Fe₂O₃的质量为1.6g+1.6g=3.2g；故填：3.2；
③氧化铁与氧化亚铁在高温的条件下反应生成了四氧化三铁；故填：Fe₂O₃+FeO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄．

点评 本题综合考查了金属的活动性、材料的分类、金属的冶炼、金属的防锈、物质的制备，具有一定的难度，解答时要根据所学知识、结合题干信息认真分析解答．