Question

3．钢铁工业是国家工业的基础．某中学社会实践活动小组利用假期对当地钢铁厂进行了调研，对从矿石开始到钢铁产出的工艺流程有了全面的感性认识．请你回答千列社会实践活动小组感兴趣的问题：
（1）将6.62g铁矿石样品投入适量的盐酸中（充分反应），过滤，然后在滤液中加过量的NaOH溶液，充分反应后，过滤、洗涤、灼烧得4.80g Fe₂O₃．现以该铁矿石为原料炼铁，若生产过程中铁元素损失4%，计算每生产1.00t生铁（含铁96%），至少需要这种铁矿石1.97吨（结果保留两位小数）．
（2）取某钢样粉末28.12g（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lg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质量分数相同的稀H₂SO₄中，充分反应后，测得的实验数据如了表所示（标准状况下，2g H₂的体积为22.4L）：

实验序号	I	Ⅱ	Ⅲ
加入钢禅的粉末的质量/g	2.812	5.624	8.436
生成气体的体积/g（标况下）	1.120	2.240	2.800

请根据表中数据计算稀硫酸中H₂SO₄的质量分数．
③若在实验Ⅱ中继续加入mg钢样粉末，请用含m的代数式表示反应结束后剩余的全部固体质量为（只写出最后结果即可）当m＞1.406g，剩余固体质量为：（m-1.376）g；
当m≤1.406g，剩余固体质量为：（5.624+m）×$\frac{0.12g}{28.12g}$g．

Answer 1

分析 （1）根据Fe₂O₃的分子式计算出铁元素的质量分数，然后求得6.62g铁矿石中铁的质量；再根据已知条件“若生产过程中铁元素损失4%，计算每生产1.00t生铁（含铁96%）”计算生产1.00t生铁需铁矿石的质量；
（2）①钢样中的C元素燃烧后生成二氧化碳，二氧化碳通入澄清石灰水生成了碳酸钙沉淀，根据化学变化中元素质量不变，碳酸钙中所含C元素质量即钢样中C元素质量；由此可完成此钢样粉末中铁和碳的质量之比的计算；
②分析表中所记录实验数据，可得知在第III次实验中稀硫酸完全反应，根据反应的化学方程式．由生成氢气质量计算50g稀硫酸中硫酸的质量，解决硫酸中H₂SO₄的质量分数．
③要分类讨论：当Fe完全反应；当Fe过量时．

解答 解：（1）解：6.62g铁矿石中铁的质量为m_Fe=4.80g×$\frac{2×56}{2×56+16×3}$=3.36g；生产1.00t生铁需铁矿石的质量为：m_铁矿石=$\frac{1.00t×96%×\frac{6.62g}{3.36g}}{1-4%}$≈1.97t
答：至少需要这种铁矿石1.97t
（2）①根据题意知，该白色沉淀是CaCO₃，所以C的质量=$\frac{12}{100}$×100%×1g=0.12g；故此钢样粉末中铁的质量=28.12g-0.12g=28g；
所以此钢样粉末中铁和碳的质量之比=28：0.12=700：3；
②设50g稀硫酸中溶质的质量为x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
     98         2
     x         $\frac{2.800}{22.4}$×2g=0.25g
$\frac{98}{2}=\frac{x}{0.25g}$，x=12.25g
稀硫酸中H₂SO₄的质量分数为：$\frac{12.25g}{50g}$×100%=24.5%
③当钢样粉末中的铁末全部溶解时（m＞1.406g），剩余的固体质量为：（5.624g+mg）-0.125mol×56g•mol^-1=（m-1.376）g
当钢样粉末中的铁全部溶解时（m≤1.406g），剩余的固体质量为：（5.624+m）g×$\frac{0.12g}{28.12g}$；
答：①此钢样粉末中铁和碳的质量之比是700：3；②稀硫酸中H₂SO₄的质量分数是24.5%；
③当m＞1.406 g，剩余固体质量为：（m-1.376）g；当 m≤1.406 g，剩余固体质量为：（5.624+m）×$\frac{0.12g}{28.12g}$g 
故答案为：
（1）1.97；（2）①700：3；②24.5%；③当m＞1.046g，剩余固体质量为：（m-1.376）g；
当 m≤1.406 g，剩余固体质量为：（5.624+m）×$\frac{0.12g}{28.12g}$g

点评 根据实验数据中钢样质量的增加值与反应产生氢气的质量增加值的关系，判断实验III中稀硫酸完全反应是计算稀硫酸溶质质量分数的根本．