Question

13．鋼鐵制品經(jīng)常進行烤藍處理，即在鐵制品的表面生成一層致密的Fe₃O₄．某學習小組為了研究烤藍鐵片，分別進行了以下實驗操作：
（1）把一定量烤藍鐵片加工成均勻粉末．
（2）取m g該粉末，放入28.00mL 1mol/L的鹽酸中，恰好完全反應，生成標準狀況下的氣體134.4mL，向溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象．
（3）再取三份不同質(zhì)量的粉末，分加加到相同體積（V）、物質(zhì)的量濃度均為l0.00mol/L的三份硝酸溶液中，充分反應后，固體全部溶解，有關(guān)的實驗數(shù)據(jù)如下表所示（假設NO是硝酸的唯一還原產(chǎn)物）：

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入粉末質(zhì)量/g	13.68	27.36	34.20
生成氣體的體積（標準狀況）/L	2.912	5.824	6.720

完成下列各題：
（1）實驗（2）所得溶液中的溶質(zhì)是FeCl₂（寫化學式）．
（2）樣品中n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1，m=0.912g．
（3）計算實驗（3）中每份硝酸溶液的體積（V）（mL）．
（4）若向?qū)嶒灑蛩�得溶液中繼續(xù)加入銅粉，要使溶液中Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺同時存在，求加入銅粉的物質(zhì)的量的范圍．

Answer 1

分析 （1）鋼鐵制品經(jīng)常進行烤藍處理，即在鐵制品的表面生成一層致密的Fe₃O₄，取m g該粉末，放人28.00mL 1mol/L．的鹽酸中，恰好完全反應，生成標準狀況下的氣體134.4mL，說明是鐵過量和鹽酸反應生成氫氣，向溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象說明無鐵離子存在，溶液中只有氯化亞鐵；
（2）依據(jù)氯元素守恒計算鐵元素物質(zhì)的量；
（3）根據(jù)三個實驗，通過投入粉末質(zhì)量與產(chǎn)生氣體的體積比例關(guān)系可知，Ⅰ、Ⅱ為硝酸過量，Ⅲ為粉末過量；可通過實驗Ⅲ計算出硝酸的體積，假設NO是硝酸的唯一還原產(chǎn)物，且產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量為$\frac{6.720L}{22.4L/mol}$=0.3mol，則N元素得到電子數(shù)為0.3mol×3=0.9mol，由于Ⅲ中混合物質(zhì)量為34.2g，且n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1，則Fe為0.3mol，F(xiàn)e₃O₄為0.075mol，由于氮元素得到電子數(shù)共為0.9mol，故溶液中為Fe（NO₃）₂、Fe（NO₃）₃兩種溶質(zhì)，計算可知Fe（NO₃）₂為0.075mol，F(xiàn)e（NO₃）₃為0.45mol，依據(jù)氮元素守恒計算硝酸體積；
（4）27.36g 粉末，根據(jù)n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1可知含鐵元素0.42mol，由于硝酸過量，產(chǎn)物為硝酸鐵，故II反應需用硝酸1.52 mol（硝酸共1.8mol），故II溶液中有Fe³⁺ 0.42 mol，過量硝酸0.28mol，結(jié)合化學反應定量關(guān)系計算取值范圍．

解答 解：（1）由于向溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象可知反應后生成的物質(zhì)為FeCl₂，由于放人鹽酸的量為0.028L×1 mol/L=0.028mol，依據(jù)氯離子守恒，故產(chǎn)生FeCl₂的物質(zhì)的量為0.014mol，其中單質(zhì)鐵分別于鹽酸、Fe₃O₄二者發(fā)生反應，①由生成標準狀況下的氣體134.4 mL，物質(zhì)的量=$\frac{0.1344L}{22.4L/mol}$=0.006mol，根據(jù)化學反應定量關(guān)系可知，混合物中與鹽酸發(fā)生產(chǎn)生氣體的單質(zhì)鐵為0.006mol，
故答案為：FeCl₂；
（2）Fe₃O₄與Fe、HCl共同反應，在該反應中鐵元素總量為：0.014mol-0.006mol=0.008mol，且該反應方程式為Fe₃O₄+8HCl+Fe=4FeCl₂+4H₂O，通過該反應方程式可知Fe₃O₄為0.002mol，發(fā)生該反應的單質(zhì)鐵為0.002mol，故總的Fe物質(zhì)的量為0.008mol，F(xiàn)e₃O₄為0.002mol，故樣品中n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1，質(zhì)量為0.002mol×232g/mol+0.008mol×56g/mol=0.912g，
故答案為：4：1；0.912g；
（3）根據(jù)三個實驗，通過投入粉末質(zhì)量與產(chǎn)生氣體的體積比例關(guān)系可知，Ⅰ、Ⅱ為硝酸過量，Ⅲ為粉末過量；可通過實驗Ⅲ計算出硝酸的體積，假設NO是硝酸的唯一還原產(chǎn)物，且產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量為$\frac{6.720L}{22.4L/mol}$=0.3mol．則N元素得到電子數(shù)為0.3mol×3=0.9mol，由于Ⅲ中混合物質(zhì)量為34.2g，且n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1，則Fe為0.3mol，F(xiàn)e₃O₄為0.075mol，由于氮元素得到電子數(shù)共為0.9mol，故溶液中為Fe（NO₃）₂、Fe（NO₃）₃兩種溶質(zhì)，計算可知Fe（NO₃）₂為0.075mol，F(xiàn)e（NO₃）₃為0.45mol．故溶液中硝酸根含量為0.075mol×2+0.45mol×3=1.5mol，則該反應中N元素總物質(zhì)的量為1.5mol+0.3mol=1.8mol，故硝酸的體積為180ml；
答：實驗（3）中每份硝酸溶液的體積（V）=180mL；
（4）27.36g 粉末，根據(jù)n（Fe）：n（Fe₃O₄）=4：1可知含鐵元素0.42mol，由于硝酸過量，產(chǎn)物為硝酸鐵，故II反應需用硝酸1.52 mol（硝酸共1.8mol），故II溶液中有Fe³⁺ 0.42 mol，過量硝酸0.28mol，
3Cu～8HNO₃           Cu～2Fe³⁺
3        8            1   2
n_min   0.28mol        n   0.42
則n_min=0.105mol、n=0.21mol，
n_max =0.21mol+0.105mol=0.315mol
若向?qū)嶒灑蛩�得溶液中繼續(xù)加入銅粉，要使溶液中Cu^2十、Fe²⁺、Fe³⁺同時存在，求加入銅粉的物質(zhì)的量的范圍為：0.105mol＜n（Cu）＜0.315mol，
答：加入銅粉的物質(zhì)的量的范圍為0.105mol＜n（Cu）＜0.315mol．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實驗設計及化學計算，題目難度中等，明確題干信息和物質(zhì)性質(zhì)是解題關(guān)鍵，試題有利于提高學生的分析、理解能力及化學計算、化學實驗能力．