Question

6．鐵是生產、生活中應用廣泛的金屬材料，經還原鐵粉是一種重要的化工原料．

（一）鐵的銹蝕及防護
（1）如圖1為某興趣小組探究生銹的三個實驗．最先觀察到鐵銹的是C（選填序號）．請?zhí)岢龇乐硅F生銹的一種措施噴漆．
（2）鐵生銹的主要過程為：Fe$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₂$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$Fe（OH）₃$\stackrel{風吹日曬}{→}$Fe₂O₃×H₂O寫出Fe（OH）₂→Fe（OH）₃反應的化學方程式4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（3）在鋼船底鑲嵌一塊比鐵活潑的金屬可減緩海水對船體的腐蝕，可選用的金屬是C（選填序號）．
A．Cu  B．Pt（鉑） C．Zn
（4）“發(fā)藍”處理是在鐵表面形成致密氧化膜，以防止其腐蝕．
①“發(fā)藍”的原理是：36Fe+4NaNO₂+9NaNO₃+26H₂O═12X+13NaOH+13NH₃↑，X的化學式為Fe₃O₄
②將“發(fā)藍“處理不完全的鐵件浸泡在硫酸銅溶液中，表面會產生紅色物質．其原因是Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄（用化學方程式表示） 
（二）精還原鐵粉制備
利用氧化鐵制備精還原鐵粉的工藝流程如圖2所示
（5）焙燒中焦炭的作用除可以生成CO外，還能提供熱量．寫出氧化鐵與CO反應的化學方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
（三）含量測定及分析
粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe₃C，為測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質量分數并得到精還原鐵粉，取粗還原鐵粉樣品20.00g，按如圖3裝置進行實驗（假設每步反應都完全）
已知：濃硫酸有吸水性，堿石灰能吸收H₂O和CO₂
（6）實驗開始時要先通入純凈干燥的H₂，目的是除去裝置內的空氣（或氧氣），防止發(fā)生爆炸；裝置A中發(fā)生的反應為：Fe_xO_y+y　H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$xFe+y　H₂O，Fe₃C+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+CH₄．測得裝置B增重0.36g，則樣品中氧元素的質量分數是1.6%
（7）裝置C中發(fā)生的反應為：3CH₄+4Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CO₂+6H₂O+8Fe，反應中C裝置中的現象是紅棕色粉末慢慢變成黑色；測得裝置E增加的質量為0.44g，則樣品中碳元素的質量分數是0.6%．
（8）若缺少F裝置，則測定的碳元素的質量分數會偏大（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）
（9）D、E裝置中增重的質量之比為＞9：11（選填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）根據金屬銹蝕的條件來分析；
（2）根據化學方程式的寫法來分析；
（3）根據信息結合金屬活動順序分析；
（4）根據質量守恒定律分析；鐵能與硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅，可觀察到鐵絲表面出現紅色固體，溶液由藍色逐漸變?yōu)闊o色；
（5）焦炭燃燒放出大量的熱，該熱量可維持其它反應的發(fā)生；CO具有還原性，能與氧化鐵反應而使氧化鐵還原成鐵，同時放出二氧化碳；
（6）根據實驗的注意事項以及有關化學式的計算來分析；
（7）根據反應的原理以及有關化學式的計算來分析；
（8）裝置F可以吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣；
（9）根據化學方程式進行計算．

解答 解：（1）鐵生銹時，需要水分和氧氣同時存在，當有鹽類物質存在時，生銹速度加快，根據鐵的銹蝕條件可知，保持鐵制品表面的干燥潔凈，在其表面覆蓋保護層，如噴漆、涂油等均可防銹；故填：C；噴漆（答案合理即可）；
（2）氫氧化亞鐵與水、氧氣反應生成氫氧化鐵，故填：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（3）為減緩海水對鐵質海輪外殼的腐蝕，制造海輪時，會在海輪船底四周鑲嵌比鐵更活潑的金屬，三種金屬中只有鋅的活動性比鐵強；故選項為：C；
（4）①根據質量守恒定律，反應前后原子的種類和數目不變，反應前：Fe原子數目為36，Na原子的數目為13，N原子的數目為13，O原子的數目為57，H原子的數目為52；反應后：Fe原子數目為0，Na原子的數目為13，N原子的數目為13，O原子的數目為13，H原子的數目為52；所以，X的化學式為Fe₃O₄
②如果氧化膜不致密，裸露出來的鐵與硫酸銅的反應生成了銅和硫酸亞鐵，反應的方程式為Fe+CuSO₄ ═FeSO₄ +Cu．
故答案為：①Fe₃O₄；②Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄；
（5）焦炭燃燒放出大量的熱，產生的熱量使裝置內其它反應得以發(fā)生；故填：提供熱量；
氧化鐵在高溫條件下能與CO發(fā)生反應生成鐵與二氧化碳，反應的化學方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（6）實驗開始時要先通入純凈干燥的H₂，目的是除去裝置內的空氣（或氧氣），防止發(fā)生爆炸；裝置B增重0.36g，也就是Fe_xO_y+yH₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$xFe+yH₂O反應中生成水的質量為0.36g，則這些水中含氧元素的質量為：0.36g×$\frac{16}{18}×100%$=0.32g；則樣品中氧元素的質量分數是$\frac{0.32g}{20.00g}×100%$=1.6%；故填：1.6%；
故填：除去裝置內的空氣（或氧氣），防止發(fā)生爆炸；1.6%；
（7）由裝置C中發(fā)生的反應可知，氧化鐵轉化為鐵，觀察到的現象是紅棕色粉末慢慢變成黑色；裝置E增加的質量為0.44g，即生成了0.44g二氧化碳，這些二氧化碳中含碳元素的質量為：0.44g×$\frac{12}{44}×100%$=0.12g，則樣品中碳元素的質量分數是$\frac{0.12g}{20.00g}×100%=0.6%$；故填：紅棕色粉末慢慢變成黑色；0.6%；
（8）裝置F可以吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣，否則裝置F會吸收空氣中的二氧化碳和水造成質量偏大，誤認為生成的二氧化碳多，造成測定結果偏大；故填：偏大；
（9）D、E裝置中增重的質量分別為C中生成水與二氧化碳的質量之比，由3CH₄+4Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3CO₂+6H₂O+8Fe可知，生成的水與二氧化碳的質量之比為：（18×6）：（44×3）=108：132=9：11；當時原來通入的氫氣在C裝置中也會還原氧化鐵生成部分水，所以D、E裝置中增重的質量之比為大于9：11；故填：＞．

點評 通過對鐵冶煉原理的知識遷移，理解該題的實驗過程及目的，考查了知識的運用及實驗分析的能力．