Question

15．一种灰白色固体粉末X是由两种常见元素组成的化合物，其中金属元素与另一元素的质量比为14：l．在一定条件下X可发生如图的转化关系，有的反应标出全部产物，有的反应标出部分产物．已知B为常见的无色液体，P为混合气体，R是无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体，C为红褐色物质，M为常见金属单质，Q为常见非金属单质．请回答下列问题：

（1）X的化学式为Fe₃C；R分子的空间构型为直线型．
（2）写出气体P的组成CO₂、NO₂．
（3）写出D→G的离子反应方程式Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+Fe³⁺+4H₂O．
（4）M与钛构成的合金是一种常用的不锈钢材料，某同学在探究该合金的性质时，往含有TiO²⁺、M³⁺溶液中加入M至溶液显紫色，该过程中发生的反应有：
①2TiO²⁺（无色）+M+4H⁺═2Ti³⁺ （紫色）+M²⁺+2H₂O
②Ti³⁺（紫色）+M³⁺+H₂O═TiO²⁺ （无色）+M²⁺+2H⁺
③2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．
请写出③可能的反应方程式2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．
（5）人们对X的结构研究后发现其金属元素有0价、+2价两种化合价，写出X与稀硫酸反应的化学方程式Fe₃C+3H₂SO₄═CH₄↑+H₂↑+3FeSO₄．
（6）聚合硫酸M是一种常见的净水剂，化学式为：[M₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$]_m（n＞2，m≤10），其制备可由硫酸M经水解后再聚合得到，其中聚合反应的原理为m[M₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$]?[M₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$]_m，则写出硫酸M水解的化学方程式为2Fe₂（SO₄）₃+2nH₂O=2Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$+nH₂SO₄．

Answer 1

分析 根据题各物质转化关系，R是无色无昧且能使澄清石灰水变浑浊的气体，判断为CO₂，则F应为碳酸盐，则P中应含有碳元素，C为红褐色沉淀为Fe（OH）₃，则A和H中都含有铁离子，所以A为Fe（NO₃）₃，B为常见的无色液体，应为H₂O，固体X是由两种常见元素组成的化合物，判断一定含有铁元素和碳元素，其中金属元素与另一元素的质量比为14：1．则X化学式为Fe₃C，B为H₂O，则依据M为常见金属单质，与水反应生成Q和D，Q为常见非金属单质，所以Q为H₂，H含有铁元素判断，M为金属Fe，D为Fe₃O₄，D与盐酸反应生成G为FeCl₂和FeCl₃，N为Cl₂，G与N反应生成H为FeCl₃，C加热生成E为Fe₂O₃，X与浓硝酸反应生成混合气体P应为CO₂、NO₂，据此答题．

解答 解：根据题各物质转化关系，R是无色无昧且能使澄清石灰水变浑浊的气体，判断为CO₂，则F应为碳酸盐，则P中应含有碳元素，C为红褐色沉淀为Fe（OH）₃，则A和H中都含有铁离子，所以A为Fe（NO₃）₃，B为常见的无色液体，应为H₂O，固体X是由两种常见元素组成的化合物，判断一定含有铁元素和碳元素，其中金属元素与另一元素的质量比为14：1．则X化学式为Fe₃C，B为H₂O，则依据M为常见金属单质，与水反应生成Q和D，Q为常见非金属单质，所以Q为H₂，H含有铁元素判断，M为金属Fe，D为Fe₃O₄，D与盐酸反应生成G为FeCl₂和FeCl₃，N为Cl₂，G与N反应生成H为FeCl₃，C加热生成E为Fe₂O₃，X与浓硝酸反应生成混合气体P应为CO₂、NO₂，
（1）根据上面的分析可知，X的化学式为Fe₃C，R为CO₂，分子的空间构型为直线型，
故答案为：Fe₃C；直线型；
（2）根据上面的分析可知，气体P的组成为CO₂、NO₂，
故答案为：CO₂、NO₂； 
（3）D→G的离子反应方程式为Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：Fe₃O₄+8H⁺═Fe²⁺+Fe³⁺+4H₂O；
（4）M为金属Fe，M与钛构成的合金是一种常用的不锈钢材料，某同学在探究该合金的性质时，往含有TiO²⁺、M³⁺溶液中加入M至溶液显紫色，该过程中发生的反应有：
①2TiO²⁺（无色）+M+4H⁺═2Ti³⁺ （紫色）+M²⁺+2H₂O、②Ti³⁺（紫色）+M³⁺+H₂O═TiO²⁺ （无色）+M²⁺+2H⁺、③2Fe³⁺+Fe═3 Fe²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Fe═3 Fe²⁺；
（5）X为Fe₃C，X中的金属元素有0价、+2价两种化合价，X与稀硫酸反应的化学方程式为Fe₃C+3H₂SO₄═CH₄↑+H₂↑+3FeSO₄，
故答案为：Fe₃C+3H₂SO₄═CH₄↑+H₂↑+3FeSO₄；
（6）聚合硫酸铁是一种常见的净水剂，化学式为：[Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$]_m（n＞2，m≤10），其制备可由硫酸铁经水解后再聚合得到，其中聚合反应的原理为m[Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$]?[Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$]_m，则硫酸M水解的化学方程式为2Fe₂（SO₄）₃+2nH₂O=2Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$+n H₂SO₄，
故答案为：2Fe₂（SO₄）₃+2nH₂O=2Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{3-\frac{n}{2}}$+n H₂SO₄．

点评 本题考查了物质转化关系，物质性质的分析判断，根据反应现象和物质性质及元素守恒进行物质推断是解题关键，题目难度中等．