题目内容

20．我国提出“一带一路”为世界发展提供的新思路，加强各国交通互联互通假设是一项重要内容，我国的高铁就是一张靓丽的国家名片，依此思思考完成下列问题：
（1）高铁的无缝钢轨是用钢（钢是铁的合金）而不用铁的原因是耐腐蚀．
（2）无缝钢轨，是利用铝热剂把短钢轨焊接起来的．铝热剂的成分是铝粉和氧化铁粉，用电火花引燃生成铁和铝的氧化物，写出该反应的化学方程式2Al+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al2O3+2Fe．
（3）建设高铁的钢铁材料是利用铁矿石冶炼出来，写出用磁铁矿石（主要成分四氧化三铁）在高温下和一氧化碳反应冶铁的化学方程式4CO+Fe3O4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4CO2．
（4）把一定质量的铁粉放入含有硝酸银、硝酸铜和硝酸锌的混合溶液中，反应中溶液质量的变化曲线如图所示．
①b点时，溶液中存在的阳离子有哪些？（写离子符号）
②写出bc段发生的化学方程式．
③d点时过滤，得到的滤渣中有哪些物质．
（5）把10g钢轨样品，放到足量的盐酸中反应完全，共收集到0.35g氢气，计算钢轨样品中铁的质量分数．

分析 （1）根据用途推测合金的性质；
（2）根据信息书写化学方程式；
（3）根据炼铁原理书写化学方程式；
（4）根据金属活动性顺序和给出的溶液质量的变化曲线分析解答；
（5）根据生成的氢气的质量和对应的化学方程式求算铁的质量进而求算其质量分数．

解答 解：
（1）由于高铁的无缝钢轨长期暴露于空气中，所以应该选用耐腐蚀的钢而不是铁．
（2）无缝钢轨，是利用铝热剂把短钢轨焊接起来的．铝热剂的成分是铝粉和氧化铁粉，用电火花引燃生成铁和铝的氧化物，根据以上信息可知是铝和氧化铁在高温下生成氧化铝和铁，对应的化学方程式为 2Al+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al2O3+2Fe．
（3）四氧化三铁 在高温下和一氧化碳反应冶铁，生成铁的同时还生成二氧化碳，对应的化学方程式为4CO+Fe3O4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4CO2．
（4）由于对应金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag，所以铁只能和硝酸银、硝酸铜反应，而不和硝酸锌反应，且先和硝酸银反应，待硝酸银反应完毕才能和硝酸铜反应．
Fe+2AgNO3=Fe（NO3）2+2Ag   溶液质量减少量
56                                     216         216-56=160
Fe+Cu（NO3）2=Fe（NO3）2+Cu     溶液质量减少量
56                                       64            64-56=8
可知铁和硝酸银反应引起的质量变化大，而和硝酸铜反应引起的质量变化小．所以
①b点时，是铁和硝酸银恰好完全反应，尚未和硝酸铜反应的转折点，由于铁不能和硝酸锌反应，所以溶液中存在的阳离子是锌离子、亚铁离子和铜离子，对应的符号为：Zn2+、Fe2+、和Cu2+．
②bc段是铁和硝酸铜反应，生成硝酸亚铁和铜，对应的化学方程式为Fe+Cu（NO3）2=Fe（NO3）2+Cu．
③由于d点是加入的铁是过量的，所以d点是不溶性物质有剩余的铁和生成的银和铜，所以d点时过滤，得到的滤渣中有铁、银和铜．
（5）设生成0.35g氢气消耗的铁的质量为x
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
56                     2
x                      0.35g
$\frac{56}{2}$=$\frac{x}{0.35g}$
x=9.8g
钢轨样品中铁的质量分数为$\frac{9.8g}{10g}$×100%=98%
故答案为：
（1）耐腐蚀（合理即可）．
（2）2Al+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al2O3+2Fe．
（3）4CO+Fe3O4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4CO2．
（4）
①Zn2+、Fe2+、和Cu2+．
②Fe+Cu（NO3）2=Fe（NO3）2+Cu．
③铁、银和铜．
（5）98%．

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

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