Question

（2011?静安区模拟）我国从澳大利亚进口的某高炉生铁（用A表示）的成分如下（其余是铁）

C	Si	Mn	P	S
4.070%	2.900%	0.495%	0.165%	0.010%

（1）称取100.000g A经过一系列处理（最后一步是在空气中灼烧）后，锰全部转变为某种氧化物，其质量为0.687g，则其化学式为

Mn₃O₄

．
（2）磷肥的肥效以相当含P₂O₅多少来表示．炼钢时，P元素形成炉渣Ca₃（PO₄）₂，后者再与浓硫酸反应制得普通过磷酸钙[即普钙，成分是CaSO₄、Ca（H₂PO₄）₂和少量其它杂质]．若某普钙中Ca（H₂PO₄）₂的质量分数为45.25%，则含P₂O₅的质量分数为

≥27.46%

%．
（3）锰的质量分数为30%的高锰钢有很好的性能，可制作火车车轮．将A冶炼成含碳0.4%、含锰30%的高锰钢（设铁无损耗，其它杂质已除去，可补充锰），则100吨A可制得高锰钢

132.701

吨．
（4）某炼钢厂的烟尘成分和质量分数如下表：

	FeO	Fe2O3	CaO
烟尘煅烧前（%）	86.40	4.00	9.60

为了减少烟尘的排放，将烟尘与CO混合后在空气中煅烧，得到铁的氧化物和CaO的烧结物，其中CaO的质量分数为8.92%（金属元素无损耗），烧结物分离出CaO后，铁的氧化物的组成和物质的量之比如何 （若无确定值，请表示某组分物质的量分数的取值范围）？

Answer 1

分析：（1）根据Mn元素质量分数计算Mn元素质量分数，进而计算锰氧化物中氧元素的质量，在根据n=

m

M

计算Mn、O原子物质的量，据此确定氧化物化学式；
（2）将Ca（H₂PO₄）₂改写CaH₄O₃?P₂O₅，计算P₂O₅的质量分数，普钙中还可能还有Ca₃（PO₄）₂，故该磷肥中P₂O₅表示的质量分数还可能大于根据Ca（H₂PO₄）₂计算的P₂O₅的质量分数；
（3）令可以生成高锰钢y吨，根据Fe元素质量不变列方程计算；
（4）计算烟尘中n（FeO）、n（Fe₂O₃），进而计算n（Fe）．煅烧后铁元素质量不变，CaO的质量不变，计算煅烧后物质的质量，与Fe元素结合的m（O）=煅烧后物质质量×（1-8.92%）-m（Fe），据此计算烟尘煅烧后铁的氧化物的平均组成，铁的常见氧化物有FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，根据平均组成判断可能的组成，讨论计算．

解答：解：（1）100.000g A含有Mn的质量=100.000g×0.495%=0.495g，所得Mn_xO_Y中O元素的质量=0.687g-0.495g=0.192g，则：x：y=

0.495

55

：

0.192

16

=3：4，故该氧化物的化学式为Mn₃O₄，
故答案为：Mn₃O₄；
（2）将Ca（H₂PO₄）₂改写CaH₄O₃?P₂O₅，含P₂O₅的质量分数═45.25%×

142

234

=27.46%，普钙中还可能还有Ca₃（PO₄）₂，所以用P₂O₅表示的质量分数还可能大于27.46%，故P₂O₅的质量分数≥27.46%，
故答案为：≥27.46%；
（3）令可以生成高锰钢y吨，根据Fe元素质量不变，则：
y×（1-30%-0.4%）=100×（1-4.070%-2.9%-0.495%-0.165%-0.010%）
解得：y=132.701，
故答案为：132.701；
（4）假设烟尘煅烧前烟尘的质量为100g，则n（FeO）=

86.40g

72g/mol

=1.2mol，n（Fe₂O₃）=

4g

160g/mol

=0.025mol，Fe元素物质的量=1.2mol+0.05mol=1.25mol，其质量=1.25mol×56g/mol=70g，烟尘煅烧前后Fe元素的质量不变．煅烧后CaO的质量也不变，煅烧后物质的质量=

100g×9.6%

8.92%

=107.6g，其中O元素的质量=107.6g×（1-8.92%）-70g=28.0g，n（O）=

28g

16g/mol

=1.75mol，反应后固体混合物中 n（Fe）：n（O）=1.25mol：1.75mol=1：1.4，故烟尘煅烧后铁的氧化物的平均组成为FeO_1.4．
铁的常见氧化物有FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，
①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，令FeO和Fe₂O₃的分别为xmol、ymol，则

x+3y

x+2y

=1.4，整理得x：y=1：2，故FeO和Fe₂O₃的物质的量之比为1：2；
②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，令Fe₃O₄和Fe₂O₃的xmol、ymol，则

4x+3y

3x+2y

=1.4，整理得x：y=1：1，故Fe₃O₄和Fe₂O₃的物质的量之比为1：1；
③若是FeO和Fe₃O₄的混合物，不符合平均组成，不合理；
④若是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物，利用极限法判断，若FeO和Fe₂O₃的混合物，Fe₂O₃的含量最高为

2

3

=66.7%，若为Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，Fe₂O₃的含量最低为

1

2

=50%，故50%＜Fe₂O₃的物质的量分数＜66.7%，
答：①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，则它们的物质的量之比为1：2；
②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，则它们的物质的量之比为1：1；
③若是FeO和Fe₃O₄的混合物，不合理；
④若是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物，50%＜Fe₂O₃的物质的量分数＜66.7%．

点评：本题以炼铁为载体，考查物质的组成相关计算及平均值法的应用，题目难度较大，是对学生综合能力的考查．