Question

鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎．2008年我國粗鋼產量近5億噸，居世界首位，某中學社會實踐活動小組利用假期對當?shù)劁撹F廠進行了調研，對從礦石開始到鋼鐵產出的工藝流程有了全面的感性認識．請你回答下列社會實踐活動小組感興趣的問題：
（1）將6.62g鐵礦石樣品投入適量的鹽酸中（充分反應），過濾，然后在濾液中加過量的NaOH 溶液，充分反應后，過濾、洗滌、灼燒得4.80g Fe₂O₃．現(xiàn)以該鐵礦石為原料煉鐵，若生產過程中鐵元素損失4%，計算每生產1.00t生鐵（含鐵96%），至少需要這種鐵礦石多少噸？（保留兩位小數(shù)）
（2）取某鋼樣粉末28.12g（假設只含F(xiàn)e和C），在氧氣流中充分反應，將產生的氣體通入足量的澄清石灰水中，得到1g白色沉淀．
①計算此鋼樣粉末中鐵和碳的質量之比．
②再取三份不同質量的鋼樣粉末分別加到50g質量分數(shù)相同的稀H₂SO₄中，充分反應后，測得的實驗數(shù)據如下表所示：（標準狀況下，2gH₂的體積為22.4L）

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入鋼樣粉末的質量/g	2.812	5.624	8.436
生成氣體的體積/L（標準狀況）	1.120	2.240	2.800

請根據表中數(shù)據計算稀硫酸中H₂SO₄的質量分數(shù)．
③若在實驗Ⅱ中繼續(xù)加入mg鋼樣粉末，計算反應結束后剩余的固體質量為多少？（用含m的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析：（1）根據Fe₂O₃的分子式計算出鐵元素的質量分數(shù)，然后求得6.62g鐵礦石中鐵的質量；再根據已知條件“若生產過程中鐵元素損失4%，計算每生產1.00t生鐵（含鐵96%）”計算生產1.00t生鐵需鐵礦石的質量；
（2）①鋼樣中的C元素燃燒后生成二氧化碳，二氧化碳通入澄清石灰水生成了碳酸鈣沉淀，根據化學變化中元素質量不變，碳酸鈣中所含C元素質量即鋼樣中C元素質量；由此可完成此鋼樣粉末中鐵和碳的質量之比的計算；
②分析表中所記錄實驗數(shù)據，可得知在第III次實驗中稀硫酸完全反應，根據反應的化學方程式．由生成氫氣質量計算50g稀硫酸中硫酸的質量，解決硫酸中H₂SO₄的質量分數(shù)．
③要分類討論：當Fe完全反應；當Fe過量時．

解答：解：（1）解：6.62g鐵礦石中鐵的質量為m_Fe=4.80g×

2×56

2×56+16×3

=3.36g
生產1.00t生鐵需鐵礦石的質量為：m_鐵礦石=

1.00t×96%× 6.62g 3.36g

1-4%

≈1.97t
答：至少需要這種鐵礦石1.97t

（2）①根據題意知，該白色沉淀是CaCO₃，所以C的質量=

12

100

×100%×1g=0.12g；
故此鋼樣粉末中鐵的質量=28.12g-0.12g=28g；
所以此鋼樣粉末中鐵和碳的質量之比=28：0.12=700：3；
②設50g稀硫酸中溶質的質量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
     98         2
     x        

2.800

22.4

×2g

98

2

=

x

0.25g

x=12.25g
稀硫酸中H₂SO₄的質量分數(shù)為：

12.25g

50g

×100%=24.5%
③當鋼樣粉末中的鐵末全部溶解時（m＞1.406g），剩余的固體質量為：（5.624g+mg）-0.125mol×56g?mol^-1=（m-1.376）g
當鋼樣粉末中的鐵全部溶解時（m≤1.406g），
剩余的固體質量為：（5.624+m）g×

0.12g

28.12g

；
答：①此鋼樣粉末中鐵和碳的質量之比是700：3；
 ②稀硫酸中H₂SO₄的質量分數(shù)是24.5%（2分）；
③當m＞1.406 g，剩余固體質量為：（m-1.376）g （2分）
當 m≤1.406 g，剩余固體質量為：（5.624+m）×

0.12

28.12

g （2分）

點評：根據實驗數(shù)據中鋼樣質量的增加值與反應產生氫氣的質量增加值的關系，判斷實驗III中稀硫酸完全反應是計算稀硫酸溶質質量分數(shù)的根本．