题目内容

13．钢铁是最重要、用量最大的金属材料之一．完成下列计算：
（1）生产1吨含铁96%的生铁，至少需要氧化铁含量70%的赤铁矿（杂质不含铁）1.96吨．（计算结果保留2位小数）
（2）工业炼铁用一氧化碳还原氧化铁时会发生如下一系列反应：
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO→3FeO+CO2 FeO+CO→Fe+CO2
某次实验中，用CO还原4.80g氧化铁，当固体质量变成4.56g时，测得此固体中只存在2种氧化物．通过计算确定此固体可能的成分和它们的物质的量之比．
（3）为了测定某碳素钢（假设只含铁和碳）的含碳量，将10.000g钢样完全溶解于过量的热浓硝酸中，产生了0.300mol气体（假设气体全部逸出，N2O4已折算为NO2）．气体用50.00mL 12.00mol/L的NaOH溶液完全吸收后，只生成两种盐，溶液蒸干后得到不含结晶水的固体32.664g．计算：
（1）钢样的含碳量．
（2）参加反应的硝酸的物质的量．

分析 （1）工业冶炼生铁的原理反应为Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2；根据反应中生成铁的质量，可计算参加反应的氧化铁的质量；
（2）4.80g氧化铁的物质的量为：$\frac{4.80g}{160g/mol}$=0.03mol，4.80g氧化铁，当固体质量变成4.56g时，减少氧的物质的量为$\frac{4.80g-4.56g}{16g/mol}$=0.015，所以所得氧化物中氧的物质的量为：0.03×3-0.015=0.075mol，铁与氧的物质的量之比为：0.03×2：0.075=1：1.25，而Fe3O4中铁与氧的物质的量之比为：1：1.33，在FeO中铁与氧的物质的量之比为：1：1，在Fe2O3中铁与氧的物质的量之比为：1：1.5，所以固体混合物可能是Fe2O3和FeO和Fe3O4和FeO，然后求各自的物质的量；
（3）（1）若铁与浓硝酸反应生成的完全为二氧化氮，根据反应C+4HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+4NO2↑+2H20、Fe+6HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O可知，当C为0时生成气体的量最少，则10g铁完全反应生成二氧化氮的物质的量为：$\frac{10g}{56g/mol}$×3≈0.536mol＞0.300mol，所以铁与硝酸反应生成的气体为NO、NO2的混合物；再根据气体用50.00mL 12.00mol/L的NaOH溶液（氢氧化钠远远过量）完全吸收后，只生成两种盐可知，生成的盐为碳酸钠和亚硝酸钠，说明生成的NO、NO2的物质的量相等，设NO、NO2的物质的量都为x，该碳素钢中含有C为y，根据反应C+4HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+4NO2↑+2H20可知，ymolC与浓硝酸反应生成ymol二氧化碳、4ymol二氧化氮，铁与浓硝酸反应生成的二氧化氮为：x-4y，根据反应Fe+6HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O、Fe+4HNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+NO↑+2H2O可知，该钢中含有铁的物质的量为：$\frac{3}{2}$x+$\frac{1}{3}$（x-4y），根据该钢的质量可得：①[x+$\frac{1}{3}$（x-4y）]×56+12y=10.00，再根据气体的总物质的量可得：②y+2x=0.3，联立①②计算出x、y，再计算出该钢样的含碳量；
（2）根据（1）计算结果及反应C+4HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+4NO2↑+2H20、Fe+6HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O、Fe+4HNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+NO↑+2H2O计算出反应中消耗硝酸的总物质的量．

解答 解：（1）设需要赤铁矿的质量为x
Fe2O3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Fe+3CO2
160            112
x×70%        1t×96%
$\frac{160}{x×70%}=\frac{112}{1t×96%}$，解之得：x=1.96t
答：至少需要70%的赤铁矿1.96；Fe2O3和FeO  1：2；
（2）4.80g氧化铁的物质的量为：$\frac{4.80g}{160g/mol}$=0.03mol，4.80g氧化铁，当固体质量变成4.56g时，减少氧的物质的量为$\frac{4.80g-4.56g}{16g/mol}$=0.015，所以所得氧化物中氧的物质的量为：0.03×3-0.015=0.075mol，铁与氧的物质的量之比为：0.03×2：0.075=1：1.25，而Fe3O4中铁与氧的物质的量之比为：1：1.33，在FeO中铁与氧的物质的量之比为：1：1，在Fe2O3中铁与氧的物质的量之比为：1：1.5，所以固体混合物可能是Fe2O3和FeO和Fe3O4和FeO，如果是Fe2O3和FeO的混合物，设两者的物质的量分别为：xmol，ymol，则$\frac{1.5x+y}{x+y}=1.25$，解之得$\frac{x}{y}=\frac{1}{2}$；如果是Fe3O4和FeO的混合物，解得两的物质的量之比为：1：1，答：Fe2O3和FeO的混合物，两者之比为1：2；或者Fe3O4和FeO的混合物，两的物质的量之比为：1：1；
（3）（1）若铁与浓硝酸反应生成的完全为二氧化氮，根据反应C+4HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+4NO2↑+2H20、Fe+6HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O可知，当C为0时生成气体的量最少，则10g铁完全反应生成二氧化氮的物质的量为：$\frac{10g}{56g/mol}$×3≈0.536mol＞0.300mol，所以铁与硝酸反应生成的气体为NO、NO2的混合物；再根据气体用50.00mL 12.00mol/L的NaOH溶液（氢氧化钠远远过量）完全吸收后，只生成两种盐可知，生成的盐为碳酸钠和亚硝酸钠，说明生成的NO、NO2的物质的量相等，设NO、NO2的物质的量都为x，该碳素钢中含有C为y，
根据反应C+4HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+4NO2↑+2H20可知，ymolC与浓硝酸反应生成ymol二氧化碳、4ymol二氧化氮，
铁与浓硝酸反应生成的二氧化氮为：x-4y，根据反应Fe+6HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O、Fe+4HNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+NO↑+2H2O可知，该钢中含有铁的物质的量为：$\frac{3}{2}$x+$\frac{1}{3}$（x-4y），根据该钢的质量可得：①[x+$\frac{1}{3}$（x-4y）]×56+12y=10.00，再根据气体的总物质的量可得：②y+2x=0.3，联立①②解得：x=0.144mol、y=0.012mol，
即：该钢中含有0.012molC，其含碳量为：$\frac{12g/mol×0.012mol}{10.00g}$×100%=1.44%，
答：该钢样的含碳量为1.44%；
（2）0.012molC消耗硝酸的物质的量为：0.012mol×4=0.048mol，
生成0.144molNO消耗硝酸的物质的量为：0.144mol×4=0.576mol，
铁与浓硝酸反应生成二氧化氮的物质的量为：0.144mol-0.012mol×4=0.096mol，反应生成0.096mol二氧化氮消耗硝酸的物质的量为：0.096mol×$\frac{6}{3}$=0.192mol，
所以反应中消耗硝酸的总物质的量为：0.048mol+0.576mol+0.192mol=0.816mol，
答：参加反应的硝酸的物质的量为0.816mol．

点评 本题考查使用化学方程式进行计算和混合物反应的计算，题目难度较大，学生注意代入化学方程式的量一定是纯净物的质量，不能把混合物的质量直接代入化学方程式进行计算，下面两个题目根据生成气体的量及生成两种盐判断反应气体组成及生成固体的组成为解答关键，注意明确一氧化氮、二氧化氮与氢氧化钠溶液的反应原理，试题侧重考查学生的分析、理解能力．

练习册系列答案
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3．某二元酸H2A在水溶液中以下列方式进行电离：H2A═H++HA-、HA-?H++A2-下列说法正确的是（　　）
A．室温时，NaHA溶液pH＜7，是由于HA-的电离程度大于其水解程度
B．在0.1 mol/L的Na2A溶液中：c（A2-）+c（HA-）+c（H2A）=0.1 mol/L
C．在0.1 mol/L的NaHA溶液中，一定有：c（Na+）＞c（HA-）＞c（H+）＞c（A2-）＞c（OH-）
D．向两份等体积NaHA、Na2A的浓度比为1：1的混合溶液中分别加入适当浓度的盐酸与氢氧化钠，其pH随加入酸、碱量的变化图象为：
4．已知2-丁烯有顺、反两种异构体，在某条件下两种气体处于平衡，下列说法正确的是（　　）
A．反-2-丁烯比顺-2-丁烯稳定
B．顺-2-丁烯的燃烧热数值比反-2-丁烯小
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1．“海底黑烟囱”是海底热泉将地壳深处金属、非金属化合物带出时逐渐沉积形成的烟囱状通道，含有铜、锌、锰、钻、镍等金属的硫化物及金、银、铂等贵金属．“海底黑烟囱”的研究对海底矿产资源的勘探及金属硫化物成矿过程的认识均有极大的推动作用．
（1）“烟囱”周围的水样中发现了中子数是1，质子数是2的核素，该核素符号是．
（2）“烟囱”内壁含有的结晶黄铁矿（主要成分是FeS2）在一定条件下发生如下反应：14CuSO4+5FeS2+12H2O═7X+5FeSO4+12H2SO4 X的化学式是Cu2S，氧化剂是CuSO4和FeS2
（3）“烟囱”外壁含有石膏（CaS04•2H20），在1400℃时能分解生成CaO，水蒸气和另外两种气体，其中一种气体可使品红溶液褪色．写出1400℃时石膏分解的化学方程式2CaSO4•2H2O$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$2CaO+2SO2↑+O2↑+4H2O↑
（4）“烟囱”底部存在的难溶物ZnS遇CuSO4认溶液会慢慢转化为铜蓝（CuS）．根据沉淀溶解平衡理论写出由ZnS转化为CuS的离子方程式ZnS（s）+Cu2+（aq）?Zn2+（aq）+CuS（s）；若转化后溶液中c（Zn2+）=3.0×10-2mol•L-1，则c（Cu2+）=3.0×10-14mol•L-1〔已知Ksp（CuS）=1.0×10-36，Ksp（ZnS）=1.0×10-24
（5）“烟囱”中含有钻元素，LiCoO2可用作一种铿离子电池的正极材料．该锉离子电池充电过程中，负极发生的反应为6C+xLi++xe-═LixC6，正极发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池总反应方程式Li1-xCoO2+LixC6═6C+LiCoO2．
8．甲、乙、丙三种物质均含有铝元素，在溶液中的转化关系如图所示．下列说法正确的是（　　）
A．若甲是Al，丙是Al（NO3）3，则乙一定是NaAlO2
B．若甲是Al2O3，丙是NaAlO2，则乙一定是Al（NO3）3
C．若甲是Al（NO3）3，丙是NaAlO2，则乙一定是Al（OH）3
D．若甲是Al（OH）3，丙是Al（NO3）3，则乙一定是NaAlO2
18．铜、银均属于重金属，从铜银合金废料中回收银并制备含铜化合物产品的工艺如图：

（1）酸浸时反应的离子方程式为CuO+2H+=Cu2++H2O．为提高酸浸时铜元素的浸出率及浸出速率，酸浸前应对渣料进行处理，其处理方法是将渣料粉碎．
（2）操作a是过滤．
（3）已知固体B中含有CuO和Al2O3，反应①的化学方程式为4CuO+2Al2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CuAlO2+O2↑．
（4）若残渣A中含有b mol Ag，将该残渣全部与足量的稀HNO3置于某容器中进行反应，写出反应的离子方程式3Ag+4H++NO3-=3Ag++NO↑+2H2O，为消除污染，可将反应中产生的气体与VL（标准状况）空气混合通入水中，则V至少为28b（设空气中氧的体积分数为0.2）．
5．兴趣小组探究锌片与盐酸、醋酸反应时，浓度或温度对反应速率的影响，他们准备了以下化学用品：0.20mol/L与0.40mol/L的HCl溶液、0.2mol/L与0.40mol/L的CH3COOH溶液、0.10mol/L CuCl2、锌片（形状、大小、质量相同）、秒表、碳棒、导线、烧杯、几支试管和胶头滴管，酸液温度控制为298K和308K．
（1）酸液都取足量、相同体积，请你帮助完成以下面实验设计表（表中不要留空格）：
实验编号温度（K）盐酸浓度醋酸浓度实验目的
    ①  2980.20mol/L/a．实验①和②是探究不同温度对锌与盐酸反应速率的影响；
b．实验①和③是探究不同浓度对锌与盐酸反应速率的影响；
c．实验①和④是探究相同温度下，相同浓度的盐酸、醋酸与锌反应速率的区别．
    ②  3080.20mol/L/
    ③  2980.40mol/L/
    ④298/0.20
（2）若（1）中实验①锌片消失的时间是20s，则锌片剩余质量与时间关系图如上图．假设：该反应温度每升高10℃，反应速率是原来的2倍；温度相同、浓度相同时，醋酸的平均反应速度是盐酸的1/2．请你在此图中大致画出“实验②”（用实线）、“实验④中醋酸实验”（用虚线）的锌片质量与时间关系曲线．
（3）某实验小组在做（1）中实验④时误加少量0.10mol/L CuCl2溶液，发现反应速率与（1）中实验①接近．该组同学对影响因素提出如下假设，请完成假设三：
假设一：Cu2+对该反应起催化剂作用
假设二：Cl-对该反应起催化剂作用
假设三：形成Zn-Cu原电池，加快反应速率（其它答案合理亦可）
…
（4）请你设计实验验证上述假设三是否成立，写出实验步骤及预期现象：
实验步骤预期现象
①将不连接的铜、锌电极插入稀硫酸中，②将铜、锌电极用导线连接放入稀硫酸中产生氢气的速率②大于①，证明构成原电池后可以大大加快反应速率
2．水是重要的自然资源．
（1）湿衣服晾干体现了水分子的不断运动．
（2）日常生活中，常用煮沸的方法降低水的硬度．
（3）水可以配制各种溶液．将100g溶质质量分数为98%的浓硫酸配制成10%的稀硫酸，需水的质量为880 g．
3．[Fe（CN）6]3-可将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫，自身还原为[Fe（CN）6]4-．工业上常采用如图所示的电解装置，通电电解，然后通入H2S加以处理．下列说法不正确的是（　　）
A．电解时阳极反应式为[Fe（CN）6]4--e-═[Fe（CN）6]3-
B．电解时阴极反应式为2HCO3-+2 e-═H2↑+2CO32-
C．当电解过程中有22.4L标准状况下的H2生成时，溶液中有32gS析出（溶解忽略不计）
D．整个过程中需要不断补充K4[Fe（CN）6]与KHCO3

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