Question

我國從澳大利亞進口的某高爐生鐵（用A表示）的成分如下（其余是鐵）：

C	Si	Mn	P	S
4.070%	2.900%	0.495%	0.165%	0.010%

（1）稱取100.000g A經過一系列處理(最后一步是在空氣中灼燒)后，錳全部轉變為某種氧化物，其質量為0.687g，則其化學式為         。
（2）磷肥的肥效以相當含P₂O₅多少來表示。煉鋼時，P元素形成爐渣Ca₃(PO₄)₂，后者再與濃硫酸反應制得普通過磷酸鈣［即普鈣，成分是CaSO₄、Ca(H₂PO₄)₂和少量其它雜質］。若某普鈣中Ca(H₂PO₄)₂的質量分數為45.25%，則含P₂O₅的質量分數至少是           %。
（3）錳的質量分數為30%的高錳鋼有很好的性能，可制作火車車輪。將A冶煉成含碳0.4%、含錳30%的高錳鋼（設鐵無損耗，其它雜質已除去，可補充錳），則100噸A可制得高錳鋼              噸。
（4）某煉鋼廠的煙塵成分和質量分數如下表：

	FeO	Fe2O3	CaO
煙塵煅燒前（%）	86.40	4.00	9.60

 
為了減少煙塵的排放，將煙塵與CO混合后在空氣中煅燒，得到鐵的氧化物和CaO的燒結物，其中CaO的質量分數為8.92%（金屬元素無損耗），燒結物分離出CaO后，若鐵的氧化物中只有兩種物質組成，則鐵的氧化物的組成和物質的量之比如何？

Answer 1

（1）Mn₃O₄（2分）
（2） 27.46
（3）132.701（3分）
（4）反應后固體混合物中 n(Fe):n(O)=1：1.4
①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，則它們的物質的量之比為1：2；
②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，則它們的物質的量之比為1：1；

試題分析：（1）100.000g A含有Mn的質量=100.000g×0.495%=0.495g，所得Mn_xO_Y中O元素的質量=0.687g-0.495g=0.192g，則：x：y="0.495/55" :0.192/16=3：4，故該氧化物的化學式為Mn₃O₄，故答案為：Mn₃O₄；
（2）將Ca（H₂PO₄）₂改寫CaH₄O₃?P₂O₅，含P₂O₅的質量分數═45.25%×142/234=27.46%，普鈣中還可能還有Ca₃（PO₄）₂，所以用P₂O₅表示的質量分數還可能大于27.46%，故P₂O₅的質量分數≥27.46%，故答案為：≥27.46%；
（3）令可以生成高錳鋼y噸，根據Fe元素質量不變，則：y×（1-30%-0.4%）=100×（1-4.070%-2.9%-0.495%-0.165%-0.010%）解得：y=132.701，故答案為：132.701；
（4）假設煙塵煅燒前煙塵的質量為100g，則n（FeO）=1.2mol，n（Fe₂O₃）=0.025mol，Fe元素物質的量=1.2mol+0.05mol=1.25mol，其質量=1.25mol×56g/mol=70g，煙塵煅燒前后Fe元素的質量不變．煅燒后CaO的質量也不變，煅燒后物質的質量=100*9.6%/8.92%=107.6g，其中O元素的質量=107.6g×（1-8.92%）-70g=28.0g，n（O）=28/16=1.75mol，反應后固體混合物中 n（Fe）：n（O）=1.25mol：1.75mol=1：1.4，故煙塵煅燒后鐵的氧化物的平均組成為FeO_1.4。鐵的常見氧化物有FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，令FeO和Fe₂O₃的分別為xmol、ymol，則(X+3Y)/(X+2Y)=1.4，整理得x：y=1：2，故FeO和Fe₂O₃的物質的量之比為1：2；②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，令Fe₃O₄和Fe₂O₃的xmol、ymol，則(4X+3Y)/(3X+2Y)=1.4，整理得x：y=1：1，故Fe₃O₄和Fe₂O₃的物質的量之比為1：1；③若是FeO和Fe₃O₄的混合物，不符合平均組成，不合理；④若是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物，利用極限法判斷，若FeO和Fe₂O₃的混合物，Fe₂O₃的含量最高為2/3=66.7%，若為Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，Fe₂O₃的含量最低為1/2=50%，故50%＜Fe₂O₃的物質的量分數＜66.7%，答：①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，則它們的物質的量之比為1：2；②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，則它們的物質的量之比為1：1；③若是FeO和Fe₃O₄的混合物，不合理；④若是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物，50%＜Fe₂O₃的物質的量分數＜66.7%。