Question

鋼鐵制品經(jīng)常進(jìn)行烤藍(lán)處理，即在鐵制品的表面生成一層致密的Fe₃O₄．某學(xué)習(xí)小組為了研究烤藍(lán)鐵片，分別進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)操作：
（1）把一定量烤藍(lán)鐵片加工成均勻粉末．
（2）取m g該粉末，放人28.00mL 1mol/L．的鹽酸中，恰好完全反應(yīng)，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體134.4mL，向溶液中滴入KSCN溶液，無(wú)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(yīng)后，固體全部溶解，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示（假設(shè)NO是硝酸的唯一還原產(chǎn)物）：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	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(biāo)準(zhǔn)狀況）/L	2.912	5.824	6.720

完成下列各題：
Ⅰ實(shí)驗(yàn)（2）所得溶液中的溶質(zhì)是

 

（寫化學(xué)式），樣品中n（Fe）：n（Fe₃O₄）=

 

，m=

 

．
Ⅱ計(jì)算實(shí)驗(yàn)（3）中每份硝酸溶液的體積（V）

 

（mL）．
Ⅲ若向?qū)嶒?yàn)Ⅱ所得溶液中繼續(xù)加入銅粉，要使溶液中Cu^2十、Fe²⁺、Fe³⁺同時(shí)存在，求加入銅粉的物質(zhì)的量的范圍

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)題

分析：（3）Ⅰ、鋼鐵制品經(jīng)常進(jìn)行烤藍(lán)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(yīng)，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體134.4mL，說(shuō)明是鐵過(guò)量和鹽酸反應(yīng)生成氫氣，向溶液中滴入KSCN溶液，無(wú)明顯現(xiàn)象說(shuō)明無(wú)鐵離子存在，溶液中只有氯化亞鐵；依據(jù)氯元素守恒計(jì)算鐵元素物質(zhì)的量；
Ⅱ、根據(jù)三個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)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?yàn)橄跛徇^(guò)量，Ⅲ為粉末過(guò)量；可通過(guò)實(shí)驗(yàn)Ⅲ計(jì)算出硝酸的體積，假設(shè)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

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(jì)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(jì)算硝酸體積；
Ⅲ、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(guò)量，產(chǎn)物為硝酸鐵，故II反應(yīng)需用硝酸1.52 mol（硝酸共1.8mol），故II溶液中有Fe³⁺ 0.42 mol，過(guò)量硝酸0.28mol，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系計(jì)算取值范圍．

解答： 解：（3）Ⅰ、由于向溶液中滴入KSCN溶液，無(wú)明顯現(xiàn)象可知反應(yīng)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(yīng)，①由生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體134.4 mL，物質(zhì)的量=

0.1344L

22.4L/mol

=0.006mol，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)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，②Fe₃O₄與Fe、HCl共同反應(yīng)，在該反應(yīng)中鐵元素總量為：0.014mol-0.006mol=0.008mol，且該反應(yīng)方程式為Fe₃O₄+8HCl+Fe=4FeCl₂+4H₂O，通過(guò)該反應(yīng)方程式可知Fe₃O₄為0.002mol，發(fā)生該反應(yīng)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：FeCl₂；4：1；0.912g；
Ⅱ、根據(jù)三個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)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?yàn)橄跛徇^(guò)量，Ⅲ為粉末過(guò)量；可通過(guò)實(shí)驗(yàn)Ⅲ計(jì)算出硝酸的體積，假設(shè)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

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(jì)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(yīng)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；
故答案為：180；
Ⅲ、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(guò)量，產(chǎn)物為硝酸鐵，故II反應(yīng)需用硝酸1.52 mol（硝酸共1.8mol），故II溶液中有Fe³⁺ 0.42 mol，過(guò)量硝酸0.28mol，
3Cu～8HNO₃           Cu～2Fe³⁺
3        8             1   2
n_min   0.28mol          n   0.42
n_min=0.105mol  
n=0.21mol  
n_max =0.21mol+0.105mol=0.315mol
若向?qū)嶒?yàn)Ⅱ所得溶液中繼續(xù)加入銅粉，要使溶液中Cu^2十、Fe²⁺、Fe³⁺同時(shí)存在，求加入銅粉的物質(zhì)的量的范圍0.105mol＜n（Cu）＜0.315mol；
故答案為：0.105mol＜n（Cu）＜0.315mol．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和過(guò)程分析判斷，主要是元素守恒，反應(yīng)過(guò)程分析的計(jì)算方法，掌握題干信息和物質(zhì)性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度較大．