Question

6．鐵是生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛的金屬材料，經(jīng)還原鐵粉是一種重要的化工原料．

（一）鐵的銹蝕及防護(hù)
（1）如圖1為某興趣小組探究生銹的三個(gè)實(shí)驗(yàn)．最先觀察到鐵銹的是C（選填序號(hào)）．請(qǐng)?zhí)岢龇乐硅F生銹的一種措施噴漆．
（2）鐵生銹的主要過(guò)程為：Fe$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₂$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₃$\stackrel{風(fēng)吹日曬}{→}$Fe₂O₃×H₂O寫(xiě)出Fe（OH）₂→Fe（OH）₃反應(yīng)的化學(xué)方程式4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（3）在鋼船底鑲嵌一塊比鐵活潑的金屬可減緩海水對(duì)船體的腐蝕，可選用的金屬是C（選填序號(hào)）．
A．Cu  B．Pt（鉑） C．Zn
（4）“發(fā)藍(lán)”處理是在鐵表面形成致密氧化膜，以防止其腐蝕．
①“發(fā)藍(lán)”的原理是：36Fe+4NaNO₂+9NaNO₃+26H₂O═12X+13NaOH+13NH₃↑，X的化學(xué)式為Fe₃O₄
②將“發(fā)藍(lán)“處理不完全的鐵件浸泡在硫酸銅溶液中，表面會(huì)產(chǎn)生紅色物質(zhì)．其原因是Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄（用化學(xué)方程式表示） 
（二）精還原鐵粉制備
利用氧化鐵制備精還原鐵粉的工藝流程如圖2所示
（5）焙燒中焦炭的作用除可以生成CO外，還能提供熱量．寫(xiě)出氧化鐵與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
（三）含量測(cè)定及分析
粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe₃C，為測(cè)定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并得到精還原鐵粉，取粗還原鐵粉樣品20.00g，按如圖3裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（假設(shè)每步反應(yīng)都完全）
已知：濃硫酸有吸水性，堿石灰能吸收H₂O和CO₂
（6）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)要先通入純凈干燥的H₂，目的是除去裝置內(nèi)的空氣（或氧氣），防止發(fā)生爆炸；裝置A中發(fā)生的反應(yīng)為：Fe_xO_y+y　H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$xFe+y　H₂O，F(xiàn)e₃C+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+CH₄．測(cè)得裝置B增重0.36g，則樣品中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是1.6%
（7）裝置C中發(fā)生的反應(yīng)為：3CH₄+4Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CO₂+6H₂O+8Fe，反應(yīng)中C裝置中的現(xiàn)象是紅棕色粉末慢慢變成黑色；測(cè)得裝置E增加的質(zhì)量為0.44g，則樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.6%．
（8）若缺少F裝置，則測(cè)定的碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏大（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）
（9）D、E裝置中增重的質(zhì)量之比為＞9：11（選填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)金屬銹蝕的條件來(lái)分析；
（2）根據(jù)化學(xué)方程式的寫(xiě)法來(lái)分析；
（3）根據(jù)信息結(jié)合金屬活動(dòng)順序分析；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律分析；鐵能與硫酸銅反應(yīng)生成硫酸亞鐵和銅，可觀察到鐵絲表面出現(xiàn)紅色固體，溶液由藍(lán)色逐漸變?yōu)闊o(wú)色；
（5）焦炭燃燒放出大量的熱，該熱量可維持其它反應(yīng)的發(fā)生；CO具有還原性，能與氧化鐵反應(yīng)而使氧化鐵還原成鐵，同時(shí)放出二氧化碳；
（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)以及有關(guān)化學(xué)式的計(jì)算來(lái)分析；
（7）根據(jù)反應(yīng)的原理以及有關(guān)化學(xué)式的計(jì)算來(lái)分析；
（8）裝置F可以吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣；
（9）根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）鐵生銹時(shí)，需要水分和氧氣同時(shí)存在，當(dāng)有鹽類(lèi)物質(zhì)存在時(shí)，生銹速度加快，根據(jù)鐵的銹蝕條件可知，保持鐵制品表面的干燥潔凈，在其表面覆蓋保護(hù)層，如噴漆、涂油等均可防銹；故填：C；噴漆（答案合理即可）；
（2）氫氧化亞鐵與水、氧氣反應(yīng)生成氫氧化鐵，故填：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（3）為減緩海水對(duì)鐵質(zhì)海輪外殼的腐蝕，制造海輪時(shí)，會(huì)在海輪船底四周鑲嵌比鐵更活潑的金屬，三種金屬中只有鋅的活動(dòng)性比鐵強(qiáng)；故選項(xiàng)為：C；
（4）①根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后原子的種類(lèi)和數(shù)目不變，反應(yīng)前：Fe原子數(shù)目為36，Na原子的數(shù)目為13，N原子的數(shù)目為13，O原子的數(shù)目為57，H原子的數(shù)目為52；反應(yīng)后：Fe原子數(shù)目為0，Na原子的數(shù)目為13，N原子的數(shù)目為13，O原子的數(shù)目為13，H原子的數(shù)目為52；所以，X的化學(xué)式為Fe₃O₄
②如果氧化膜不致密，裸露出來(lái)的鐵與硫酸銅的反應(yīng)生成了銅和硫酸亞鐵，反應(yīng)的方程式為Fe+CuSO₄ ═FeSO₄ +Cu．
故答案為：①Fe₃O₄；②Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄；
（5）焦炭燃燒放出大量的熱，產(chǎn)生的熱量使裝置內(nèi)其它反應(yīng)得以發(fā)生；故填：提供熱量；
氧化鐵在高溫條件下能與CO發(fā)生反應(yīng)生成鐵與二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（6）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)要先通入純凈干燥的H₂，目的是除去裝置內(nèi)的空氣（或氧氣），防止發(fā)生爆炸；裝置B增重0.36g，也就是Fe_xO_y+yH₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$xFe+yH₂O反應(yīng)中生成水的質(zhì)量為0.36g，則這些水中含氧元素的質(zhì)量為：0.36g×$\frac{16}{18}×100%$=0.32g；則樣品中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{0.32g}{20.00g}×100%$=1.6%；故填：1.6%；
故填：除去裝置內(nèi)的空氣（或氧氣），防止發(fā)生爆炸；1.6%；
（7）由裝置C中發(fā)生的反應(yīng)可知，氧化鐵轉(zhuǎn)化為鐵，觀察到的現(xiàn)象是紅棕色粉末慢慢變成黑色；裝置E增加的質(zhì)量為0.44g，即生成了0.44g二氧化碳，這些二氧化碳中含碳元素的質(zhì)量為：0.44g×$\frac{12}{44}×100%$=0.12g，則樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{0.12g}{20.00g}×100%=0.6%$；故填：紅棕色粉末慢慢變成黑色；0.6%；
（8）裝置F可以吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣，否則裝置F會(huì)吸收空氣中的二氧化碳和水造成質(zhì)量偏大，誤認(rèn)為生成的二氧化碳多，造成測(cè)定結(jié)果偏大；故填：偏大；
（9）D、E裝置中增重的質(zhì)量分別為C中生成水與二氧化碳的質(zhì)量之比，由3CH₄+4Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CO₂+6H₂O+8Fe可知，生成的水與二氧化碳的質(zhì)量之比為：（18×6）：（44×3）=108：132=9：11；當(dāng)時(shí)原來(lái)通入的氫氣在C裝置中也會(huì)還原氧化鐵生成部分水，所以D、E裝置中增重的質(zhì)量之比為大于9：11；故填：＞．

點(diǎn)評(píng) 通過(guò)對(duì)鐵冶煉原理的知識(shí)遷移，理解該題的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及目的，考查了知識(shí)的運(yùn)用及實(shí)驗(yàn)分析的能力．