Question

17．已知铁生锈的过程为：Fe→Fe（OH）₂→Fe（OH）₃→Fe₂O₃•xH₂O．又知草酸（H₂C₂O₄）分解的化学方程式为H₂C₂O₄$→_{加热}^{浓硫酸}$CO↑+CO₂↑+H₂O某化学小组为测定两种不同生锈铁片的组成（设只含有铁和Fe₂O₃•xH₂O），进行了以下探究，请你参与并完成对有关问题的解答．

（1）甲同学利用草酸分解产生的混合气体和如图1所示装置测定其中一种锈铁的组成．
主要操作为：取锈铁样品12.6g置于装置C的硬质玻璃管中，加热完全反应后得到固体的质量为8.4g，装置D增重8.4g．
①钢铁在潮湿空气中发生电化学腐蚀时，其负极的电极反应式为Fe-2e^-=Fe²⁺．
②装置A的作用是除去混合气体中的CO₂．装置B的作用是除去混合气体中的H₂O．
③根据以上数据能否测定出锈铁的组成？答：能（填“能”或“不能”）．
④该装置还存在的一个明显的缺陷是缺少尾气处理装置．
（2）乙同学在甲同学装置的基础上将装置D换成装浓硫酸的洗气瓶（装置E，此装置图略），经改进后，重新按甲同学的操作和样品取用量进行实验，若完全反应后得到固体的质量仍为8.4g，而装置E增重1.8g，则
x=2；m （Fe）：m （Fe₂O₃•xH₂O）=2：7．
（3）丙同学取少量的另外一种锈铁片放在烧杯中，然后逐滴加入稀盐酸，实验测知所得溶液中Fe²⁺、Fe³⁺的物质的量之和与加入稀盐酸的体积关系如图2所示，此锈铁中n（Fe）：n（Fe₂O₃•xH₂O）的取值范围是c．（填字母）
a．大于1    b．等于1    c．小于1．

Answer 1

分析 （1）①钢铁在潮湿空气中发生电化学腐蚀时，其负极铁发生氧化反应生成亚铁离子；
②装置A为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液能够与二氧化碳反应，利用氢氧化钠溶液将混合气体中的二氧化碳除去；装置B中为浓硫酸，浓硫酸能够吸收混合气体中的水分；
③根据锈铁样品12.6g、固体的质量为8.4g为铁的质量、装置D增重8.4g为二氧化碳和水的质量，根据以上数据可以计算出铁锈组成；
④根据一氧化碳有毒，不能排放到空气中进行解答；
（2）根据浓硫酸吸收水和碱石灰吸收水和二氧化碳，求出二氧化碳的质量，然后根据二氧化碳求出氧化铁的质量，从而求出x的值；再根据样品总质量计算出m（Fe）：m （Fe₂O₃•xH₂O）；
（3）氧化铁先与盐酸反应，根据氧化铁、铁与盐酸反应方程式判断消耗相同的氯化氢生成铁离子、亚铁离子的物质的量大小，然后根据图象进行判断二者物质的量关系．

解答 解：（1）①钢铁在潮湿空气中发生电化学腐蚀时，其负极铁发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为 Fe-2e^-=Fe²⁺，
故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺；
②根据实验目的，需要使用一氧化碳还原氧化铁晶体，所以需要将草酸分解生成的二氧化碳和水除去，装置A中的氢氧化钠溶液用于除去二氧化碳气体，装置B中的浓硫酸用于干燥一氧化碳气体，
故答案为：除去混合气体中的CO₂；除去混合气体中的H₂O；
③加热完全反应后得到固体的质量为8.4g为铁的质量，装置D增重8.4g为二氧化碳和水的质量，再经过样品的总质量可以计算出铁锈组成，
故答案为：能；
④一氧化碳有毒，不能排放到空气中，所以应该增加尾气处理装置，
故答案为：缺少尾气处理装置；
（2）浓硫酸吸收水，碱石灰吸收水和二氧化碳．取锈铁样品12.6g置于装置D的硬质玻璃管中，加热一段时间至完全反应后得到固体的质量为8.4g，装置E增重8.4g．若将装置E换成装浓硫酸的洗气瓶F，重新按上述样品的用量和操作进行实验，若完全反应后得到固体的质量仍为8.4g，而装置F增重1.8g．所以水的质量为1.8g，二氧化碳的质量为8.4g-1.8g=6.6g，设氧化铁的质量为y，
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160                132
y                   6.6g
$\frac{160}{y}$=$\frac{132}{6.6}$，
y=8g
则氧化铁和水的分子个数比=$\frac{8g}{160}$=$\frac{1.8g}{18}$=1：2，所以x=2；
样品中铁的质量为：12.6g-（8g+1.8g）=2.8g，所以样品中铁单质和Fe₂O₃•xH₂O的质量比为：2.8g：（8g+1.8g）=2：7，
故答案为：2；2：7；
（3）0～V₁段发生的反应为Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、Fe+2FeCl₃=3FeCl₂，正反应为：Fe+Fe₂O₃+6HCl=3FeCl₂+3H₂O，V₁～V₂段铁或者氧化铁有一种物质过量；由Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑可知，2mol氯化氢生成1mol亚铁离子，由Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O可知，6mol的氯化氢可以生成2mol的Fe³⁺，显然消耗相同物质的量盐酸时，铁与盐酸反应增加的亚铁离子比氧化铁增加的铁离子物质的量大，由于V₁～V₂铁离子和亚铁离子总的物质的量增大幅度小于0～V₁，说明V₁～V₂段为氧化铁与盐酸的反应，即氧化铁的物质的量大于铁的物质的量，故c正确，
故答案为：c．

点评 本题考查了探究物质组成及测量物质含量的方法、铁的氧化物和氢氧化物的性质，题目难度较大，注意掌握探究物质组成、测量物质含量常用方法，（3）为易错点，注意铁与氧化铁混合物与盐酸的反应情况．