Question

3．鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)．某中學(xué)社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)小組利用假期對當(dāng)?shù)劁撹F廠進(jìn)行了調(diào)研，對從礦石開始到鋼鐵產(chǎn)出的工藝流程有了全面的感性認(rèn)識(shí)．請你回答千列社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)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(yīng)），過濾，然后在濾液中加過量的NaOH溶液，充分反應(yīng)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(chǎn)過程中鐵元素?fù)p失4%，計(jì)算每生產(chǎn)1.00t生鐵（含鐵96%），至少需要這種鐵礦石1.97噸（結(jié)果保留兩位小數(shù)）．
（2）取某鋼樣粉末28.12g（假設(shè)只含F(xiàn)e和C），在氧氣流中充分反應(yīng)，將產(chǎn)生的氣體通入足量的澄清石灰水中，得到lg白色沉淀．
①計(jì)算此鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比．
②再取三份不同質(zhì)量的鋼樣粉末分別加到50g質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的稀H₂SO₄中，充分反應(yīng)后，測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如了表所示（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2g H₂的體積為22.4L）：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	I	Ⅱ	Ⅲ
加入鋼禪的粉末的質(zhì)量/g	2.812	5.624	8.436
生成氣體的體積/g（標(biāo)況下）	1.120	2.240	2.800

請根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算稀硫酸中H₂SO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
③若在實(shí)驗(yàn)Ⅱ中繼續(xù)加入mg鋼樣粉末，請用含m的代數(shù)式表示反應(yīng)結(jié)束后剩余的全部固體質(zhì)量為（只寫出最后結(jié)果即可）當(dāng)m＞1.406g，剩余固體質(zhì)量為：（m-1.376）g；
當(dāng)m≤1.406g，剩余固體質(zhì)量為：（5.624+m）×$\frac{0.12g}{28.12g}$g．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)Fe₂O₃的分子式計(jì)算出鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后求得6.62g鐵礦石中鐵的質(zhì)量；再根據(jù)已知條件“若生產(chǎn)過程中鐵元素?fù)p失4%，計(jì)算每生產(chǎn)1.00t生鐵（含鐵96%）”計(jì)算生產(chǎn)1.00t生鐵需鐵礦石的質(zhì)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(jù)化學(xué)變化中元素質(zhì)量不變，碳酸鈣中所含C元素質(zhì)量即鋼樣中C元素質(zhì)量；由此可完成此鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比的計(jì)算；
②分析表中所記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得知在第III次實(shí)驗(yàn)中稀硫酸完全反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式．由生成氫氣質(zhì)量計(jì)算50g稀硫酸中硫酸的質(zhì)量，解決硫酸中H₂SO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
③要分類討論：當(dāng)Fe完全反應(yīng)；當(dāng)Fe過量時(shí)．

解答 解：（1）解：6.62g鐵礦石中鐵的質(zhì)量為m_Fe=4.80g×$\frac{2×56}{2×56+16×3}$=3.36g；生產(chǎn)1.00t生鐵需鐵礦石的質(zhì)量為：m_鐵礦石=$\frac{1.00t×96%×\frac{6.62g}{3.36g}}{1-4%}$≈1.97t
答：至少需要這種鐵礦石1.97t
（2）①根據(jù)題意知，該白色沉淀是CaCO₃，所以C的質(zhì)量=$\frac{12}{100}$×100%×1g=0.12g；故此鋼樣粉末中鐵的質(zhì)量=28.12g-0.12g=28g；
所以此鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比=28：0.12=700：3；
②設(shè)50g稀硫酸中溶質(zhì)的質(zhì)量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
     98         2
     x         $\frac{2.800}{22.4}$×2g=0.25g
$\frac{98}{2}=\frac{x}{0.25g}$，x=12.25g
稀硫酸中H₂SO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{12.25g}{50g}$×100%=24.5%
③當(dāng)鋼樣粉末中的鐵末全部溶解時(shí)（m＞1.406g），剩余的固體質(zhì)量為：（5.624g+mg）-0.125mol×56g•mol^-1=（m-1.376）g
當(dāng)鋼樣粉末中的鐵全部溶解時(shí)（m≤1.406g），剩余的固體質(zhì)量為：（5.624+m）g×$\frac{0.12g}{28.12g}$；
答：①此鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比是700：3；②稀硫酸中H₂SO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是24.5%；
③當(dāng)m＞1.406 g，剩余固體質(zhì)量為：（m-1.376）g；當(dāng) m≤1.406 g，剩余固體質(zhì)量為：（5.624+m）×$\frac{0.12g}{28.12g}$g 
故答案為：
（1）1.97；（2）①700：3；②24.5%；③當(dāng)m＞1.046g，剩余固體質(zhì)量為：（m-1.376）g；
當(dāng) m≤1.406 g，剩余固體質(zhì)量為：（5.624+m）×$\frac{0.12g}{28.12g}$g

點(diǎn)評 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中鋼樣質(zhì)量的增加值與反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量增加值的關(guān)系，判斷實(shí)驗(yàn)III中稀硫酸完全反應(yīng)是計(jì)算稀硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的根本．