Question

6．铁是生产、生活中应用广泛的金属材料，经还原铁粉是一种重要的化工原料．

（一）铁的锈蚀及防护
（1）如图1为某兴趣小组探究生锈的三个实验．最先观察到铁锈的是C（选填序号）．请提出防止铁生锈的一种措施喷漆．
（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×H₂O写出Fe（OH）₂→Fe（OH）₃反应的化学方程式4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（3）在钢船底镶嵌一块比铁活泼的金属可减缓海水对船体的腐蚀，可选用的金属是C（选填序号）．
A．Cu  B．Pt（铂） C．Zn
（4）“发蓝”处理是在铁表面形成致密氧化膜，以防止其腐蚀．
①“发蓝”的原理是：36Fe+4NaNO₂+9NaNO₃+26H₂O═12X+13NaOH+13NH₃↑，X的化学式为Fe₃O₄
②将“发蓝“处理不完全的铁件浸泡在硫酸铜溶液中，表面会产生红色物质．其原因是Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄（用化学方程式表示） 
（二）精还原铁粉制备
利用氧化铁制备精还原铁粉的工艺流程如图2所示
（5）焙烧中焦炭的作用除可以生成CO外，还能提供热量．写出氧化铁与CO反应的化学方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
（三）含量测定及分析
粗还原铁粉中还含有少量铁的氧化物和Fe₃C，为测定粗还原铁粉中氧和碳元素的质量分数并得到精还原铁粉，取粗还原铁粉样品20.00g，按如图3装置进行实验（假设每步反应都完全）
已知：浓硫酸有吸水性，碱石灰能吸收H₂O和CO₂
（6）实验开始时要先通入纯净干燥的H₂，目的是除去装置内的空气（或氧气），防止发生爆炸；装置A中发生的反应为：Fe_xO_y+y　H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$xFe+y　H₂O，Fe₃C+2H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+CH₄．测得装置B增重0.36g，则样品中氧元素的质量分数是1.6%
（7）装置C中发生的反应为：3CH₄+4Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3CO₂+6H₂O+8Fe，反应中C装置中的现象是红棕色粉末慢慢变成黑色；测得装置E增加的质量为0.44g，则样品中碳元素的质量分数是0.6%．
（8）若缺少F装置，则测定的碳元素的质量分数会偏大（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）
（9）D、E装置中增重的质量之比为＞9：11（选填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）根据金属锈蚀的条件来分析；
（2）根据化学方程式的写法来分析；
（3）根据信息结合金属活动顺序分析；
（4）根据质量守恒定律分析；铁能与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，可观察到铁丝表面出现红色固体，溶液由蓝色逐渐变为无色；
（5）焦炭燃烧放出大量的热，该热量可维持其它反应的发生；CO具有还原性，能与氧化铁反应而使氧化铁还原成铁，同时放出二氧化碳；
（6）根据实验的注意事项以及有关化学式的计算来分析；
（7）根据反应的原理以及有关化学式的计算来分析；
（8）装置F可以吸收空气中的二氧化碳与水蒸气；
（9）根据化学方程式进行计算．

解答 解：（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，根据铁的锈蚀条件可知，保持铁制品表面的干燥洁净，在其表面覆盖保护层，如喷漆、涂油等均可防锈；故填：C；喷漆（答案合理即可）；
（2）氢氧化亚铁与水、氧气反应生成氢氧化铁，故填：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（3）为减缓海水对铁质海轮外壳的腐蚀，制造海轮时，会在海轮船底四周镶嵌比铁更活泼的金属，三种金属中只有锌的活动性比铁强；故选项为：C；
（4）①根据质量守恒定律，反应前后原子的种类和数目不变，反应前：Fe原子数目为36，Na原子的数目为13，N原子的数目为13，O原子的数目为57，H原子的数目为52；反应后：Fe原子数目为0，Na原子的数目为13，N原子的数目为13，O原子的数目为13，H原子的数目为52；所以，X的化学式为Fe₃O₄
②如果氧化膜不致密，裸露出来的铁与硫酸铜的反应生成了铜和硫酸亚铁，反应的方程式为Fe+CuSO₄ ═FeSO₄ +Cu．
故答案为：①Fe₃O₄；②Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄；
（5）焦炭燃烧放出大量的热，产生的热量使装置内其它反应得以发生；故填：提供热量；
氧化铁在高温条件下能与CO发生反应生成铁与二氧化碳，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\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（6）实验开始时要先通入纯净干燥的H₂，目的是除去装置内的空气（或氧气），防止发生爆炸；装置B增重0.36g，也就是Fe_xO_y+yH₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$xFe+yH₂O反应中生成水的质量为0.36g，则这些水中含氧元素的质量为：0.36g×$\frac{16}{18}×100%$=0.32g；则样品中氧元素的质量分数是$\frac{0.32g}{20.00g}×100%$=1.6%；故填：1.6%；
故填：除去装置内的空气（或氧气），防止发生爆炸；1.6%；
（7）由装置C中发生的反应可知，氧化铁转化为铁，观察到的现象是红棕色粉末慢慢变成黑色；装置E增加的质量为0.44g，即生成了0.44g二氧化碳，这些二氧化碳中含碳元素的质量为：0.44g×$\frac{12}{44}×100%$=0.12g，则样品中碳元素的质量分数是$\frac{0.12g}{20.00g}×100%=0.6%$；故填：红棕色粉末慢慢变成黑色；0.6%；
（8）装置F可以吸收空气中的二氧化碳与水蒸气，否则装置F会吸收空气中的二氧化碳和水造成质量偏大，误认为生成的二氧化碳多，造成测定结果偏大；故填：偏大；
（9）D、E装置中增重的质量分别为C中生成水与二氧化碳的质量之比，由3CH₄+4Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3CO₂+6H₂O+8Fe可知，生成的水与二氧化碳的质量之比为：（18×6）：（44×3）=108：132=9：11；当时原来通入的氢气在C装置中也会还原氧化铁生成部分水，所以D、E装置中增重的质量之比为大于9：11；故填：＞．

点评 通过对铁冶炼原理的知识迁移，理解该题的实验过程及目的，考查了知识的运用及实验分析的能力．