Question

2．目前，我国钢铁产量居世界第一，为国民经济的发展奠定了坚实的基础．
（一）铁的广泛应用
（1）我国在西汉时期就有“曾青得铁则化为铜”之说，用化学方程式表示其原理Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
（2）铁与铬（Cr）、镍（Ni）等金属熔合可形成“不锈钢”，用不锈钢丝和聚乙烯纤维为
原料可制作耐酸防护服材料．以上叙述中不涉及到B（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
（二）铁锈成分的探究
（1）如图为某兴趣小组探究铁生锈的三个实验，最先观察到铁锈的是C（选填序号）．


（2）铁生锈的主要过程为：Fe$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₂$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₃$\stackrel{风吹日晒}{→}$Fe₂O₃．xH₂O次要过程为：Fe$\stackrel{O_{2}、CO_{2}、H_{2}O}{→}$FeCO₃，写出Fe→Fe（OH）₂反应的化学方程式2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂．
（3）铁锈组分的确定
某铁锈成分为Fe₂O₃•xH₂O和FeCO₃．为确定其组成，兴趣小组称取此铁锈样品25.4g，在科研人员的指导下用如图装置进行实验．

[查阅资料]
①Fe₂O₃•xH₂O失去结晶水温度为110℃，FeCO₃在282℃分解为FeO和CO₂．
②温度高于500℃时铁的氧化物才能被CO还原．
（1）装配好实验装置后，首先要检查装置的气密性．
（2）装置A中的反应为：H₂C₂O₄（草酸）$\stackrel{浓硫酸}{→}$CO↑+CO₂↑+H₂O通过B、C装置可得到干燥、纯净的CO气体，洗气瓶B中应盛放c（选填序号）．
a．浓硫酸    b．澄清的石灰水  c．氢氧化钠溶液
（3）现控制D装置中的温度为300℃对铁锈进行热分解，直至D装置中剩余固体质量不再变化为止，冷却后装置E增重3.6g，装置F增重2.2g．则样品中FeCO₃的质量m（FeCO₃）=5.8g，x=2．
（4）若缺少G装置，测得的m（FeCO₃）偏大（选填“偏大”、“偏小”、“不变”，下同），x的值会偏大．
（三）炼铁过程的探究
（1）写出工业上用赤铁矿（主要成分Fe₂O₃）炼铁主要原理的化学方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【查阅资料】用CO还原Fe₂O₃炼铁的过程大致分为三个阶段：
阶段1：3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;500～600℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂
阶段2：Fe₃O₄$\frac{\underline{\;600～700℃\;}}{\;}$3FeO+CO₂
阶段3：FeO+CO$\frac{\underline{\;＞200℃\;}}{\;}$Fe+CO₂

（2）将上述300℃热分解后的D装置中剩余固体继续分阶段升温，进行CO还原铁的氧化物炼铁过程的探究．加热时测定D中剩余固体质量随温度变化的曲线如图所示．图中M点对应的a=18 （请列出计算过程）．

Answer 1

分析 （一）（1）根据铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜进行分析；
（2）根据材料的分类解答；
（二）（1）根据铁生锈的条件进行解答；
（2）根据铁与水和氧气作用下生成氢氧化亚铁进行分析；
（3）
②（1）根据有气体参加或生成的反应，组装好仪器后，要先检验装置气密性，再装药品进行反应；
（2）根据草酸分解生成水、二氧化碳、一氧化碳，在一氧化碳参与反应之前，需要先将二氧化碳和水除去进行分析；
（3）根据浓硫酸有吸水性，碱石灰会与二氧化碳反应进行分析；
（4）根据空气中的二氧化碳、水会与碱石灰反应进行分析；
（三）（1）根据一氧化碳和氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳进行分析；
（2）根据碳酸亚铁分解生成氧化亚铁和二氧化碳，一氧化碳还原氧化铁的三个阶段的反应可知，M点实际是一氧化碳将氧化铁还原生成了氧化铁和碳酸亚铁分解生成氧化亚铁的质量之和，结合前面计算出的碳酸亚铁的质量、氧化铁的质量即可求出M点的数值．

解答 解：（一）（1）硫酸铜溶液遇到金属铁时，铁与硫酸铜发生置换反应能生成金属铜，化学方程式为：Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄；
（2）不锈钢丝属于金属材料，聚乙烯纤维属于合成材料，耐酸防护服材料属于复合材料，故选：B；
（二）（1）铁生锈时，需要水分和氧气同时存在，当有盐类物质存在时，生锈速度加快，故选：C；
（2）铁与水和氧气作用下生成氢氧化亚铁，化学方程式为：2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；
（3）
②（1）有气体参加或生成的反应，组装好仪器后，要先检验装置气密性，再装药品进行反应；
（2）草酸分解生成水、二氧化碳、一氧化碳，在一氧化碳参与反应之前，需要先将二氧化碳和水除去，浓硫酸有吸水性，氢氧化钠会与二氧化碳反应，要先除二氧化碳，在除水蒸气，所以洗气瓶B中应盛放氢氧化钠溶液，故选：c；
（3）浓硫酸有吸水性，碱石灰会与二氧化碳反应，加热到了300℃，所以一氧化碳不会还原氧化铁，浓硫酸增加的质量是水的质量，来自铁锈，碱石灰增加的质量来自碳酸亚铁分解生成的二氧化碳，所以依据元素守恒进行计算
设碳酸亚铁的质量为y，
$\frac{12}{116}$×y=$\frac{12}{44}$×2.2g
y=5.8g
所以Fe₂O₃•xH₂O为：25.4g-5.8g=19.6g，氧化铁的质量为：$\frac{160}{196}$×19.6g=16g
$\frac{2x}{160+18x}$×19.6g=$\frac{2}{18}$×3.6g
            x=2；
（4）空气中的二氧化碳、水会与碱石灰反应，导致F装置中收集的二氧化碳质量偏大，所以碳酸亚铁质量偏大，Fe₂O₃•xH₂O，所以x质量偏大；
（三）（1）一氧化碳和氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）设碳酸亚铁生成的氧化亚铁质量为a，
FeCO₃→FeO
116     72
5.8g    a
 $\frac{116}{5.8g}=\frac{72}{a}$
  a=3.6g
氧化铁生成的氧化亚铁质量为b，
Fe₂O₃→2FeO
 160    144
 16g     b
  $\frac{160}{16g}=\frac{144}{b}$
  b=14.4g
所以M=14.4g+3.6g=18g．
故答案为：
（一）（1）Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；
（2）B；
（3）Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（二）（1）C；
（2）2Fe+O₂+2H₂O═2Fe（OH）₂；
（三）（1）检查装置的气密性；
（2）H，c；
（3）5.8，2；
（4）偏大，偏大；
（三）（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）18．

点评 本题考查一氧化碳还原铁的氧化物的步骤、现象、化学反应式的书写，以及用不同的方法验证铁的存在，需要同学们具有比较全面的化学知识．