Question

18．铁是初中化学学习的一种重要金属．
（1）写出工业上用赤铁矿炼铁的化学方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+3CO₂，在炼铁过程中焦炭的作用是产生还原剂一氧化碳和提供热量．
（2）铁在一定条件下能与多种物质反应．

在过滤过程中用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；步骤Ⅲ发生的反应是化合反应，请写出该反应的化学方程式Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．
（3）将铁和铜的混合物加入到一定量的硝酸银和硝酸锌的混合溶液中，充分反应后过滤．
①反应后溶液的质量小于（填“大于”、“小于”或“等于”）反应前溶液的质量．
②向滤渣中加入稀硫酸，无气泡产生，则滤液中一定含有哪些溶质？
③请你设计实验验证铁、铜、银的活动性顺序，写出实验步骤、现象和结论．
（4）将10g生锈的铁钉放入足量的稀硫酸中，充分反应后物质的总质量减少了0.3g．计算生锈的铁钉中铁单质的质量分数．

Answer 1

分析 （1）赤铁矿炼铁是一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，在炼铁过程中，焦炭一部分转化为一氧化碳，另外一部分燃烧放热，作为热源；
（2）过滤是初中常见的基本操作，在实验过程中用到的玻璃仪器有 烧杯、漏斗、玻璃棒；步骤Ⅲ是硫酸铁和铁反应，根据生成浅绿色溶液可知，三价铁转化为了二价亚铁，所以生成物为硫酸亚铁；
（3）由于给定的四种金属元素的活泼性由强到弱为锌铁铜银，所以将铁和铜的混合物加入到一定量的硝酸银和硝酸锌的混合溶液中，铁和铜会与硝酸银反应，而不和硝酸锌反应，同时在反应是铁先和硝酸银反应，待铁反应完全铜才有机会与硝酸银反应．根据具体限制进行分析；
（4）根据质量守恒定律可知，过程中质量的减少是因为生成了氢气，所以可以 求算氢气的质量，根据氢气和对应的化学方程式求算铁单质的质量，进而求算对应的质量分数．

解答 解：
（1）赤铁矿炼铁是一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，对应的化学方程式 Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+3CO₂；在炼铁过程中，焦炭一部分转化为一氧化碳，另外一部分燃烧放热，作为热源，所以在炼铁过程中焦炭的作用是 产生还原剂一氧化碳和提供热量．
（2）在过滤过程中用到的玻璃仪器（一定要注意这个限制条件）有 烧杯、漏斗、玻璃棒；步骤Ⅲ发生的反应是化合反应，是硫酸铁和铁反应生成亚铁化合物的过程，对应的化学方程式 Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．
（3）由于给定的四种金属元素的活泼性由强到弱为锌铁铜银，所以将铁和铜的混合物加入到一定量的硝酸银和硝酸锌的混合溶液中，铁和铜会与硝酸银反应，而不和硝酸锌反应，同时在反应是铁先和硝酸银反应，待铁反应完全铜才有机会与硝酸银反应．
①根据反应
Fe+2AgNO₃=Fe（NO₃）₂+2Ag；
56                                       216
Cu+2AgNO₃=Cu（NO₃）₂+2Ag；
64                                      216
可知反应掉的金属的质量小于生成的银的质量，所以溶液的质量在过程中是减小的．
②向滤渣中加入稀硫酸，无气泡产生，所以滤渣中不含铁单质，因为是铁优先反应，所以此时铜可能反应了，也可能没有参加反应，所以溶液中一定含有生成的硝酸亚铁和不反应的硝酸锌．
③请你设计实验验证铁、铜、银的活动性顺序，根据三者的活动性可以采取三取中的设计原则，用单质铁和硝酸铜溶液和银单质，或者硝酸亚铁溶液、铜单质和硝酸银溶液这两组试剂和药品组．
第一种情况：
实验步骤：1、取两只试管分别加入2mL的硝酸铜溶液；
2、向两只试管分别插入打磨过的铁丝和银丝，观察金属表面
实验现象：铁丝表面有红色物质生成，银丝表面无明显现象．
实验结论：金属活动性铁＞铜＞银．
第二种情况：
实验步骤：1、取两只试管分别加入2mL的硝酸亚铁和硝酸银溶液；
2、向两只试管分别插入打磨过的铜丝，观察金属表面
实验现象：插入到硝酸银的铜丝表面有银白色物质生成，插入硝酸亚铁的铜丝表面无明显现象．
实验结论：金属活动性铁＞铜＞银．
（4）将10g生锈的铁钉放入足量的稀硫酸中，充分反应后物质的总质量减少了0.3g．根据质量守恒定律确定可得生成的氢气的质量为0.3g
设铁单质的质量为x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56                          2
 x                            0.3g
$\frac{56}{2}$=$\frac{x}{0.3g}$
x=8.4g
则生锈的铁钉中铁单质的质量分数为$\frac{8.4g}{10g}$×100%=84%．
故答案为：
（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+3CO₂；产生还原剂一氧化碳和提供热量．
（2）烧杯、漏斗、玻璃棒； Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．
（3）①减小；②硝酸亚铁、硝酸锌．
③第一种情况：
实验步骤：1、取两只试管分别加入2mL的硝酸铜溶液；
2、向两只试管分别插入打磨过的铁丝和银丝，观察金属表面
实验现象：铁丝表面有红色物质生成，银丝表面无明显现象．
实验结论：金属活动性铁＞铜＞银．
第二种情况：
实验步骤：1、取两只试管分别加入2mL的硝酸亚铁和硝酸银溶液；
2、向两只试管分别插入打磨过的铜丝，观察金属表面
实验现象：插入到硝酸银的铜丝表面有银白色物质生成，插入硝酸亚铁的铜丝表面无明显现象．
实验结论：金属活动性铁＞铜＞银．
（4）将10g生锈的铁钉放入足量的稀硫酸中，充分反应后物质的总质量减少了0.3g．根据质量守恒定律确定可得生成的氢气的质量为0.3g
设铁单质的质量为x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56 2
x 0.3g
$\frac{56}{2}$=$\frac{x}{0.3g}$
x=8.4g
答：则生锈的铁钉中铁单质的质量分数为$\frac{8.4g}{10g}$×100%=84%．

点评 根据化学方程式计算时，第一要正确书写化学方程式，第二要使用正确的数据，第三计算过程要完整．