Question

16．回答以下問題：
（1）將已去除表面氧化物的鐵釘（碳素鋼）放入冷濃硫酸中，10分鐘后移入硫酸銅溶液中，片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，其原因是鐵表面被鈍化．
（2）另稱取已去除表面氧化物的鐵釘（碳素鋼）6.0g放入15.0ml濃硫酸中，加熱，充分應(yīng)后得到溶液X并收集到氣體Y．
①甲同學(xué)認(rèn)為X中除Fe³⁺外還可能含有Fe²⁺．寫出生成Fe²⁺所有可能的離子方程式：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
②乙同學(xué)取336ml（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體Y通入足量氯水中，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄．
然后加入足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當(dāng)操作后得干燥固體2.33g．由于此推知?dú)怏wY中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為66.7%．
（3）向100ml水中投入Na和Al共16克，充分反應(yīng)后剩余金屬1g．計(jì)算放出H₂的體積為13.44升（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）
（4）向含有0.3mol NaAlO₂的溶液中滴加1mol/L HCl，當(dāng)生成7.8克沉淀時(shí)，加入鹽酸的體積為100或900mL
（5）向一定量的Fe、Fe₂O₃和CuO混合物投入120ml 2.2mol/L的硫酸溶液中，充分反應(yīng)后生成896mL標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體，得不溶物1.28g，過濾后，向?yàn)V液中加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL時(shí)開始出現(xiàn)沉淀，則濾液中FeSO₄的物質(zhì)的量濃度為1.87mol•L^-1（設(shè)濾液體積為120ml）mol/L．

Answer 1

分析 （1）常溫下，鐵遇冷的濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象；
（2）①在加熱條件下，濃硫酸與Fe反應(yīng)生成Fe³⁺，當(dāng)溶液濃度減小時(shí)，硫酸氧化性減弱，生成Fe²⁺，鐵離子與Fe反應(yīng)生成亞鐵離子；
②生成的SO₂具有還原性，通入足量氯水中，發(fā)生SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，利用硫元素的守恒，結(jié)合關(guān)系式：SO₂→BaSO₄求出SO₂的體積分?jǐn)?shù)；
（3）Al和水不反應(yīng)，所以剩余金屬應(yīng)該是Al，根據(jù)Na和Al之間的關(guān)系式及轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算；
（4）n（Al（OH）₃）=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol＜0.3mol，所以有兩種情況：一種是鋁元素存在于偏鋁酸鈉和氫氧化鋁中，一種情況是鋁元素存在于氯化鋁和氫氧化鋁中，根據(jù)物質(zhì)之間的關(guān)系式計(jì)算；
（5）固體混合物和稀硫酸反應(yīng)后有固體剩余，說明溶液中不存在鐵離子，向?yàn)V液中加入加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL時(shí)開始出現(xiàn)沉淀，說明硫酸有剩余，鐵先和銅離子后和氫離子發(fā)生置換反應(yīng)，所以濾液中的溶質(zhì)是硫酸、硫酸亞鐵，根據(jù)硫酸根離子守恒計(jì)算硫酸亞鐵的物質(zhì)的量濃度．

解答 解：（1）常溫下，鐵遇冷的濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在鐵表面生成一層致密的氧化物薄膜而阻止了進(jìn)一步的反應(yīng)，即發(fā)生鈍化現(xiàn)象，所以反應(yīng)片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，
故答案為：鐵表面被鈍化；
（2）①在加熱條件下，濃硫酸與Fe反應(yīng)生成Fe³⁺，當(dāng)溶液濃度減小時(shí)，硫酸氧化性減弱，生成Fe²⁺，反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，如硫酸完全消耗，且鐵過量時(shí)，還會(huì)發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
故答案為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑； Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
②生成的SO₂具有還原性，通入足量氯水中，發(fā)生SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，
n（混合氣體）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，
SO₂ →BaSO₄
1mol     233g
n          2.33g
n=0.01mol
則 SO₂的體積分?jǐn)?shù)：$\frac{0.01}{0.015}$=66.7%，
故答案為：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄；66.7%；
（3）Al和水不反應(yīng)，所以剩余金屬應(yīng)該是Al，反應(yīng)方程式為2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，可以得出關(guān)系式Na～NaOH～Al，則參與反應(yīng)的Na和Al的質(zhì)量之比為23：27，Na和Al的質(zhì)量和為15g，所以n（Na）=$\frac{\frac{23}{23+27}×15g}{23g/mol}$=0.3mol，n（Al）=$\frac{\frac{27}{23+27}×15g}{27g/mol}$=0.3mol，根據(jù)Na、Al和氫氣之間的關(guān)系式得氫氣體積=（0.3mol×0.5+0.3mol×1.5）×22.4L/mol=13.44L，
故答案為：13.44；
（4）n（Al（OH）₃）=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol＜0.3mol，一種情況是：鋁元素存在于偏鋁酸鈉和氫氧化鋁中，
此時(shí)鹽酸少量，只能沉淀一部分AlO₂^-，根據(jù)NaAlO₂+HCl+H₂O=Al（OH）₃↓+NaCl得，n（HCl）=n（Al（OH）₃）=0.1mol，則鹽酸體積=$\frac{0.1mol}{1mol/L}$=100mL；
另一種情況是鋁元素存在于氯化鋁和氫氧化鋁中，此時(shí)鹽酸較多，先把AlO₂^-全部沉淀，后又將部分沉淀溶解，生成氫氧化鋁需要n（HCl）=n（NaAlO₂）=n（Al（OH）₃）=0.3mol，溶解Al（OH）₃生成氯化鋁需要鹽酸的n（HCl）=3n（AlCl₃）=3×（0.3-0.1）mol=0.6mol，所以需要鹽酸體積=$\frac{0.3mol+0.6mol}{1mol/L}$=900mL，
故答案為：100或900；
（5）固體混合物和稀硫酸反應(yīng)后有固體剩余，說明溶液中不存在鐵離子，向?yàn)V液中加入加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL時(shí)開始出現(xiàn)沉淀，說明硫酸有剩余，鐵先和銅離子后和氫離子發(fā)生置換反應(yīng)，所以濾液中的溶質(zhì)是硫酸、硫酸亞鐵，n（H₂SO₄）=2.2mol/L×0.12L=0.264mol，
與氫氧化鈉反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量為：$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×2mol/L×0.04L=0.04mol，
剩余的硫酸的物質(zhì)的量=0.264mol-0.04mol=0.224mol，
剩余硫酸與固體反應(yīng)生成了硫酸亞鐵，根據(jù)硫酸和硫酸亞鐵的關(guān)系式計(jì)算硫酸亞鐵的物質(zhì)的量濃度=$\frac{0.224mol}{0.12L}$=1.87mol/L，
故答案為：1.87．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查元素化合物知識(shí)以及有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目難度中等，明確各物理量之間的關(guān)系是解本題的關(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．