Question

17．已知鐵生銹的過程為：Fe→Fe（OH）₂→Fe（OH）₃→Fe₂O₃•xH₂O．又知草酸（H₂C₂O₄）分解的化學(xué)方程式為H₂C₂O₄$→_{加熱}^{濃硫酸}$CO↑+CO₂↑+H₂O某化學(xué)小組為測定兩種不同生銹鐵片的組成（設(shè)只含有鐵和Fe₂O₃•xH₂O），進(jìn)行了以下探究，請你參與并完成對有關(guān)問題的解答．

（1）甲同學(xué)利用草酸分解產(chǎn)生的混合氣體和如圖1所示裝置測定其中一種銹鐵的組成．
主要操作為：取銹鐵樣品12.6g置于裝置C的硬質(zhì)玻璃管中，加熱完全反應(yīng)后得到固體的質(zhì)量為8.4g，裝置D增重8.4g．
①鋼鐵在潮濕空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為Fe-2e^-=Fe²⁺．
②裝置A的作用是除去混合氣體中的CO₂．裝置B的作用是除去混合氣體中的H₂O．
③根據(jù)以上數(shù)據(jù)能否測定出銹鐵的組成？答：能（填“能”或“不能”）．
④該裝置還存在的一個(gè)明顯的缺陷是缺少尾氣處理裝置．
（2）乙同學(xué)在甲同學(xué)裝置的基礎(chǔ)上將裝置D換成裝濃硫酸的洗氣瓶（裝置E，此裝置圖略），經(jīng)改進(jìn)后，重新按甲同學(xué)的操作和樣品取用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若完全反應(yīng)后得到固體的質(zhì)量仍為8.4g，而裝置E增重1.8g，則
x=2；m （Fe）：m （Fe₂O₃•xH₂O）=2：7．
（3）丙同學(xué)取少量的另外一種銹鐵片放在燒杯中，然后逐滴加入稀鹽酸，實(shí)驗(yàn)測知所得溶液中Fe²⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量之和與加入稀鹽酸的體積關(guān)系如圖2所示，此銹鐵中n（Fe）：n（Fe₂O₃•xH₂O）的取值范圍是c．（填字母）
a．大于1    b．等于1    c．小于1．

Answer 1

分析 （1）①鋼鐵在潮濕空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，其負(fù)極鐵發(fā)生氧化反應(yīng)生成亞鐵離子；
②裝置A為氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液能夠與二氧化碳反應(yīng)，利用氫氧化鈉溶液將混合氣體中的二氧化碳除去；裝置B中為濃硫酸，濃硫酸能夠吸收混合氣體中的水分；
③根據(jù)銹鐵樣品12.6g、固體的質(zhì)量為8.4g為鐵的質(zhì)量、裝置D增重8.4g為二氧化碳和水的質(zhì)量，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算出鐵銹組成；
④根據(jù)一氧化碳有毒，不能排放到空氣中進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)濃硫酸吸收水和堿石灰吸收水和二氧化碳，求出二氧化碳的質(zhì)量，然后根據(jù)二氧化碳求出氧化鐵的質(zhì)量，從而求出x的值；再根據(jù)樣品總質(zhì)量計(jì)算出m（Fe）：m （Fe₂O₃•xH₂O）；
（3）氧化鐵先與鹽酸反應(yīng)，根據(jù)氧化鐵、鐵與鹽酸反應(yīng)方程式判斷消耗相同的氯化氫生成鐵離子、亞鐵離子的物質(zhì)的量大小，然后根據(jù)圖象進(jìn)行判斷二者物質(zhì)的量關(guān)系．

解答 解：（1）①鋼鐵在潮濕空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，其負(fù)極鐵發(fā)生氧化反應(yīng)生成亞鐵離子，電極反應(yīng)式為 Fe-2e^-=Fe²⁺，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，需要使用一氧化碳還原氧化鐵晶體，所以需要將草酸分解生成的二氧化碳和水除去，裝置A中的氫氧化鈉溶液用于除去二氧化碳?xì)怏w，裝置B中的濃硫酸用于干燥一氧化碳?xì)怏w，
故答案為：除去混合氣體中的CO₂；除去混合氣體中的H₂O；
③加熱完全反應(yīng)后得到固體的質(zhì)量為8.4g為鐵的質(zhì)量，裝置D增重8.4g為二氧化碳和水的質(zhì)量，再經(jīng)過樣品的總質(zhì)量可以計(jì)算出鐵銹組成，
故答案為：能；
④一氧化碳有毒，不能排放到空氣中，所以應(yīng)該增加尾氣處理裝置，
故答案為：缺少尾氣處理裝置；
（2）濃硫酸吸收水，堿石灰吸收水和二氧化碳．取銹鐵樣品12.6g置于裝置D的硬質(zhì)玻璃管中，加熱一段時(shí)間至完全反應(yīng)后得到固體的質(zhì)量為8.4g，裝置E增重8.4g．若將裝置E換成裝濃硫酸的洗氣瓶F，重新按上述樣品的用量和操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若完全反應(yīng)后得到固體的質(zhì)量仍為8.4g，而裝置F增重1.8g．所以水的質(zhì)量為1.8g，二氧化碳的質(zhì)量為8.4g-1.8g=6.6g，設(shè)氧化鐵的質(zhì)量為y，
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160                132
y                   6.6g
$\frac{160}{y}$=$\frac{132}{6.6}$，
y=8g
則氧化鐵和水的分子個(gè)數(shù)比=$\frac{8g}{160}$=$\frac{1.8g}{18}$=1：2，所以x=2；
樣品中鐵的質(zhì)量為：12.6g-（8g+1.8g）=2.8g，所以樣品中鐵單質(zhì)和Fe₂O₃•xH₂O的質(zhì)量比為：2.8g：（8g+1.8g）=2：7，
故答案為：2；2：7；
（3）0～V₁段發(fā)生的反應(yīng)為Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、Fe+2FeCl₃=3FeCl₂，正反應(yīng)為：Fe+Fe₂O₃+6HCl=3FeCl₂+3H₂O，V₁～V₂段鐵或者氧化鐵有一種物質(zhì)過量；由Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑可知，2mol氯化氫生成1mol亞鐵離子，由Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O可知，6mol的氯化氫可以生成2mol的Fe³⁺，顯然消耗相同物質(zhì)的量鹽酸時(shí)，鐵與鹽酸反應(yīng)增加的亞鐵離子比氧化鐵增加的鐵離子物質(zhì)的量大，由于V₁～V₂鐵離子和亞鐵離子總的物質(zhì)的量增大幅度小于0～V₁，說明V₁～V₂段為氧化鐵與鹽酸的反應(yīng)，即氧化鐵的物質(zhì)的量大于鐵的物質(zhì)的量，故c正確，
故答案為：c．

點(diǎn)評 本題考查了探究物質(zhì)組成及測量物質(zhì)含量的方法、鐵的氧化物和氫氧化物的性質(zhì)，題目難度較大，注意掌握探究物質(zhì)組成、測量物質(zhì)含量常用方法，（3）為易錯(cuò)點(diǎn)，注意鐵與氧化鐵混合物與鹽酸的反應(yīng)情況．