Question

20．新型材料纳米级 Fe 粉具有广泛的用途，它比普通 Fe 粉更易与氧气反应，其制备工艺流程如图所示：请回答下列问题：

（1）纳米级 Fe 粉在氧气中能自发燃烧生成黑色固体，此黑色固体的化学式为Fe₃O₄．
（2）请写出上述制备纳米级铁粉工艺的化学方程式：H₂+FeCl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+2HCl．
（3）在制备纳米级 Fe 粉的工艺流程中，N₂的作用是保护气．
（4）研究人员发现最后制得的纳米级 Fe 粉样品中混有少量的 FeCl₂ 杂质．
①为除去样品中的杂质，在无氧环境下，先加水溶解，过滤、洗涤、烘干．
②取样品7g，加入足量的盐酸，生成氢气 0.2g．则该样品中单质 Fe 的质量分数80%．

Answer 1

分析 （1）根据铁与氧气反应生成四氧化三铁考虑；
（2）根据氢气和氯化亚铁在高温的条件下生成铁和氯化氢进行分析；
（3）根据氮气化学性质稳定考虑；
（4）①根据铁不溶于水，氯化亚铁溶于水进行混合物的分离；
②根据氢气的质量计算出铁的质量，再除以7g计算出铁的质量分数．

解答 解：（1）铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，所以黑色固体是四氧化三铁；
（2）氢气和氯化亚铁在高温的条件下生成铁和氯化氢，化学方程式为：H₂+FeCl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（3）氮气化学性质稳定，在反应中起保护气的作用；
（4）①铁不溶于水，氯化亚铁溶于水，所以加水溶解，再进行过滤、洗涤干燥即可；
②设生成0.2g氢气需要参加反应的铁的质量为x
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑
56             2
x             0.2g
$\frac{56}{x}$=$\frac{2}{0.2g}$
x=5.6g
$\frac{5.6g}{7g}$×100%=80%．
故答案为：（1）Fe₃O₄；
（2）H₂+FeCl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（3）保护气；
（4）①水，过滤；
②80%．

点评 解答本题关键是知道铁燃烧的产物是四氧化三铁，能够灵活运用质量守恒定律解决实际问题，知道不溶性固体和液体分离的方法，熟悉根据方程式的简单计算方法．