Question

2．社會實踐活動中，課外興趣小組對某鋼鐵廠的鐵礦石樣品和鋼樣進行實驗、分析、計算，了解了該鋼鐵廠生產(chǎn)原料、產(chǎn)品的相關(guān)信息．下面請你根據(jù)他們的實驗幫助計算回答：
取該廠的某鋼樣粉末28.36g（假設只含F(xiàn)e和C），在氧氣流中充分反應，將產(chǎn)生的氣體通入足量的澄清石灰水中，得到3g白色沉淀．
（1）計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50　g質(zhì)量分數(shù)相同的硫酸中，充分反應后，測得的實驗數(shù)據(jù)如下表所示：（標準狀況下，2g H₂的體積為22.4　L）

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入鋼樣粉末的質(zhì)量/g	2.836	5.672	8.508
生成氣體的體積（標準狀況）/L	1.12	2.24	2.80

請根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算硫酸中H₂SO₄的質(zhì)量分數(shù)．
（3）若在實驗Ⅱ中繼續(xù)加入m g鋼樣粉末，計算反應結(jié)束后剩余的固體質(zhì)量為多少？（用含m的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃+H₂O計算燃燒生成二氧化碳物質(zhì)的量，再計算碳原子質(zhì)量與Fe的質(zhì)量，可得粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比；
（2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，實驗I、Ⅱ中硫酸過量，但在Ⅲ中生成的氫氣不是3.36L，說明硫酸不足，計算Ⅲ中生成氫氣物質(zhì)的量，根據(jù)H原子守恒計算硫酸的質(zhì)量，進而計算硫酸的質(zhì)量分數(shù)；
（3）根據(jù)Ⅱ、Ⅲ生成氫氣體積之差計算Ⅱ中剩余硫酸物質(zhì)的量，再計算可以溶解Fe的質(zhì)量，結(jié)合（1）中質(zhì)量之比計算Ⅱ中剩余硫酸完全反應時加入鋼樣質(zhì)量，如果m大于該值，則硫酸不足，如果 m≤該值，所剩余固體是碳．

解答 解：（1）設生成二氧化碳的質(zhì)量為m，則：
CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃+H₂O
44             100
m               3g
解得m=$\frac{3g×44}{100}$=1.32g
所以碳原子的質(zhì)量是$\frac{1.32g}{44g/mol}$×12g/mol=0.36g，
所以鐵的質(zhì)量是28.36g-0.36g=28.00g
因此鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比28.00：0.36=700：9，
答：鋼樣粉末中鐵和碳的質(zhì)量之比為700：9；
（2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，實驗I、Ⅱ中硫酸過量，8.508g中Fe完全反應生成氫氣為1.12L×$\frac{8.508g}{2.836g}$=3.36L，但在Ⅲ中生成的氫氣不是3.36L，說明硫酸不足．所以產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量是$\frac{2.8L}{22.4L}$×2g=0.25g，則稀硫酸中溶質(zhì)是$\frac{0.25g}{2g/mol}$×98g/mol=12.25g．所以硫酸的質(zhì)量分數(shù)是$\frac{12.25g}{50g}$×100%=24.5%，
答：硫酸的質(zhì)量分數(shù)是24.5%；
（3）根據(jù)以上分析可知，實驗Ⅱ中剩余硫酸反應生成氫氣的質(zhì)量是$\frac{2.8L-2.24L}{22.4L}$×2g=0.05g，物質(zhì)的量為0.025mol，則實驗Ⅱ中剩余硫酸為0.025mol，
根據(jù)方程式Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，可知溶解鐵的質(zhì)量是0.025mol×56g/mol=1.4g，則對應樣品質(zhì)量是1.4g×$\frac{709}{700}$=1.418g，
當m＞1.418 g，則硫酸不足，所以剩余固體質(zhì)量為：（m+5.672-12.25×$\frac{56}{98}$）g=（m-1.328）g
當m≤1.418 g，硫酸過量，所以剩余固體是碳，質(zhì)量為：（5.672+m）×$\frac{9}{709}$ g，
故答案為：當m＞1.418 g，所剩余固體質(zhì)量為（m-1.328）g，
當m≤1.418 g，所剩余固體質(zhì)量為（5.672+m）×$\frac{9}{709}$ g．

點評 本題考查混合物有關(guān)計算，側(cè)重考查學生對實驗數(shù)據(jù)的分析處理，關(guān)鍵是判斷Fe與硫酸反應過量問題，（3）為易錯點，注意進行討論計算，難度較大．