题目内容

13．钢铁制品经常进行烤蓝处理，即在铁制品的表面生成一层致密的Fe3O4．某学习小组为了研究烤蓝铁片，分别进行了以下实验操作：
（1）把一定量烤蓝铁片加工成均匀粉末．
（2）取m g该粉末，放入28.00mL 1mol/L的盐酸中，恰好完全反应，生成标准状况下的气体134.4mL，向溶液中滴入KSCN溶液，无明显现象．
（3）再取三份不同质量的粉末，分加加到相同体积（V）、物质的量浓度均为l0.00mol/L的三份硝酸溶液中，充分反应后，固体全部溶解，有关的实验数据如下表所示（假设NO是硝酸的唯一还原产物）：
实验序号ⅠⅡⅢ
加入粉末质量/g13.6827.3634.20
生成气体的体积（标准状况）/L2.9125.8246.720
完成下列各题：
（1）实验（2）所得溶液中的溶质是FeCl2（写化学式）．
（2）样品中n（Fe）：n（Fe3O4）=4：1，m=0.912g．
（3）计算实验（3）中每份硝酸溶液的体积（V）（mL）．
（4）若向实验Ⅱ所得溶液中继续加入铜粉，要使溶液中Cu2+、Fe2+、Fe3+同时存在，求加入铜粉的物质的量的范围．

分析 （1）钢铁制品经常进行烤蓝处理，即在铁制品的表面生成一层致密的Fe3O4，取m g该粉末，放人28.00mL 1mol/L．的盐酸中，恰好完全反应，生成标准状况下的气体134.4mL，说明是铁过量和盐酸反应生成氢气，向溶液中滴入KSCN溶液，无明显现象说明无铁离子存在，溶液中只有氯化亚铁；
（2）依据氯元素守恒计算铁元素物质的量；
（3）根据三个实验，通过投入粉末质量与产生气体的体积比例关系可知，Ⅰ、Ⅱ为硝酸过量，Ⅲ为粉末过量；可通过实验Ⅲ计算出硝酸的体积，假设NO是硝酸的唯一还原产物，且产生的气体的物质的量为$\frac{6.720L}{22.4L/mol}$=0.3mol，则N元素得到电子数为0.3mol×3=0.9mol，由于Ⅲ中混合物质量为34.2g，且n（Fe）：n（Fe3O4）=4：1，则Fe为0.3mol，Fe3O4为0.075mol，由于氮元素得到电子数共为0.9mol，故溶液中为Fe（NO3）2、Fe（NO3）3两种溶质，计算可知Fe（NO3）2为0.075mol，Fe（NO3）3为0.45mol，依据氮元素守恒计算硝酸体积；
（4）27.36g 粉末，根据n（Fe）：n（Fe3O4）=4：1可知含铁元素0.42mol，由于硝酸过量，产物为硝酸铁，故II反应需用硝酸1.52 mol（硝酸共1.8mol），故II溶液中有Fe3+ 0.42 mol，过量硝酸0.28mol，结合化学反应定量关系计算取值范围．

解答 解：（1）由于向溶液中滴入KSCN溶液，无明显现象可知反应后生成的物质为FeCl2，由于放人盐酸的量为0.028L×1 mol/L=0.028mol，依据氯离子守恒，故产生FeCl2的物质的量为0.014mol，其中单质铁分别于盐酸、Fe3O4二者发生反应，①由生成标准状况下的气体134.4 mL，物质的量=$\frac{0.1344L}{22.4L/mol}$=0.006mol，根据化学反应定量关系可知，混合物中与盐酸发生产生气体的单质铁为0.006mol，
故答案为：FeCl2；
（2）Fe3O4与Fe、HCl共同反应，在该反应中铁元素总量为：0.014mol-0.006mol=0.008mol，且该反应方程式为Fe3O4+8HCl+Fe=4FeCl2+4H2O，通过该反应方程式可知Fe3O4为0.002mol，发生该反应的单质铁为0.002mol，故总的Fe物质的量为0.008mol，Fe3O4为0.002mol，故样品中n（Fe）：n（Fe3O4）=4：1，质量为0.002mol×232g/mol+0.008mol×56g/mol=0.912g，
故答案为：4：1；0.912g；
（3）根据三个实验，通过投入粉末质量与产生气体的体积比例关系可知，Ⅰ、Ⅱ为硝酸过量，Ⅲ为粉末过量；可通过实验Ⅲ计算出硝酸的体积，假设NO是硝酸的唯一还原产物，且产生的气体的物质的量为$\frac{6.720L}{22.4L/mol}$=0.3mol．则N元素得到电子数为0.3mol×3=0.9mol，由于Ⅲ中混合物质量为34.2g，且n（Fe）：n（Fe3O4）=4：1，则Fe为0.3mol，Fe3O4为0.075mol，由于氮元素得到电子数共为0.9mol，故溶液中为Fe（NO3）2、Fe（NO3）3两种溶质，计算可知Fe（NO3）2为0.075mol，Fe（NO3）3为0.45mol．故溶液中硝酸根含量为0.075mol×2+0.45mol×3=1.5mol，则该反应中N元素总物质的量为1.5mol+0.3mol=1.8mol，故硝酸的体积为180ml；
答：实验（3）中每份硝酸溶液的体积（V）=180mL；
（4）27.36g 粉末，根据n（Fe）：n（Fe3O4）=4：1可知含铁元素0.42mol，由于硝酸过量，产物为硝酸铁，故II反应需用硝酸1.52 mol（硝酸共1.8mol），故II溶液中有Fe3+ 0.42 mol，过量硝酸0.28mol，
3Cu～8HNO3           Cu～2Fe3+
3        8            1   2
nmin   0.28mol        n   0.42
则nmin=0.105mol、n=0.21mol，
nmax =0.21mol+0.105mol=0.315mol
若向实验Ⅱ所得溶液中继续加入铜粉，要使溶液中Cu2十、Fe2+、Fe3+同时存在，求加入铜粉的物质的量的范围为：0.105mol＜n（Cu）＜0.315mol，
答：加入铜粉的物质的量的范围为0.105mol＜n（Cu）＜0.315mol．

点评 本题考查了物质性质的实验设计及化学计算，题目难度中等，明确题干信息和物质性质是解题关键，试题有利于提高学生的分析、理解能力及化学计算、化学实验能力．

练习册系列答案
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