Question

社会实践活动中，课外兴趣小组对某钢铁厂的铁矿石样品和钢样进行实验、分析、计算，了解了该钢铁厂生产原料、产品的相关信息．下面请你根据他们的实验帮助计算回答：

取该厂的某钢样粉末28.36g（假设只含Fe和C），在氧气流中充分反应，将产生的气体通入足量的澄清石灰水中，得到3g白色沉淀．

（1）计算此钢样粉末中铁和碳的质量之比．

（2）再取三份不同质量的钢样粉末分别加到50g质量分数相同的硫酸中，充分反应后，测得的实验数据如下表所示：（标准状况下，2g H₂的体积为22.4　L）

实验序号	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入钢样粉末的质量/g	2.836	5.672	8.508
生成气体的体积（标准状况）/L	1.12	2.24	2.80

请根据表中数据计算硫酸中H₂SO₄的质量分数．

（3）若在实验Ⅱ中继续加入m g钢样粉末，计算反应结束后剩余的固体质量为多少？（用含m的代数式表示）

Answer 1

【考点】生铁和钢；质量守恒定律及其应用；根据化学反应方程式的计算．

【专题】有关化学方程式的计算．

【分析】根据题干提供的信息进行分析，碳能与氧气反应生成二氧化碳，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，铁能与硫酸反应生成氢气，根据表格提供的数据可知，每2.836g钢样粉末能生成氢气1.12L，第三次加入8.508g钢样只生成氢气2.80L，则此时硫酸全部参加反应，钢样有剩余，所以可知50g硫酸共生成氢气2.80L，此时可以根据氢气的量求得硫酸的质量分数，加入的m钢样粉末只有铁参加反应，求得参加反应的铁的质量，即可求得剩余固体的质量．

【解答】解：（1）C+O₂CO₂  ①

CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O  ②

根据方程式①②可得  C﹣CaCO₃设生成3g碳酸钙沉淀需要碳的质量为x，则有

C﹣CaCO₃

12      100

x        3g

  x=0.36g

所以28.36g钢样中含有铁的质量为28.36g﹣0.36g=28g

钢样粉末中铁和碳的质量之比为：28g：0.36g=700：9

（2）根据表格提供的数据可知，每2.836g钢样粉末能生成氢气1.12L，第三次加入8.508g钢样只生成氢气2.80L，则此时硫酸全部参加反应，钢样有剩余，所以可知50g硫酸共生成氢气2.80L，氢气的质量为：2.80L×=0.25g，设硫酸的质量分数为y，则有

Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑

    98          2

    50g×y    0.25g

         y=24.5%

（3）设生成0.25g氢气需要铁的质量为z

    Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑

     56             2

     z              0.25g

        z=7g

含铁7g的钢样中含有碳的质量为：0.09g，

7.09g﹣5.672g=1.418g

当m＞1.418 g，硫酸全部参加反应，加入的mg钢样生成氢气的体积为2.80L﹣2.24L=0.56L，所以氢气的质量为0.56L×=0.05g，设需要铁的质量为a

 Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑

 56             2

 a             0.05g

   a=1.4g

此时mg中参加反应剩余固体质量为：（m﹣1.4）g，同时5.672g钢样中含碳的质量为5.672g×=0.072g．所以最后得到的固体为（m﹣1.4g）+0.072g=m﹣1.328g．

当 m≤1.418 g，钢样中的铁全部参加反应，剩余的固体就是钢样中含有的碳，所以剩余固体质量为：（5.672+m）×g

答：（1）此钢样粉末中铁和碳的质量之比为700：9，

（2）硫酸中H₂SO₄的质量分数为24.5%，

（3）当m＞1.418 g，剩余固体质量为：（m﹣1.328）g；当 m≤1.418 g，剩余固体质量为：（5.672+m）×g．

【点评】本题考查了根据化学方程式的计算，完成此题，关键是分析明确表格提供的数据，根据数据依据方程式进行计算．