Question

鋼鐵制品經常進行烤藍處理，即在鐵制品的表面生成一層致密的Fe₃O₄。某學習小組為了研究烤藍鐵片，分別進行了以下實驗操作：
①把一定量烤藍鐵片加工成均勻粉末。
②取m g該粉末，放人28.00 mL 1 mol／L的鹽酸中，恰好完全反應，生成標準狀況下的氣體134.4 mL，向溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現象。
③再取三份不同質量的粉末，分加加到相同體積(V)、物質的量濃度均為l0.00 mol／L的三份硝酸溶液中，充分反應后，固體全部溶解，有關的實驗數據如下表所示(假設NO是硝酸的唯一還原產物)：

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入粉末質量/g	13.68	27.36	34.20
生成氣體的體積（標準狀況）/L	2.912	5.824	6.720

 
完成下列各題：
（1）實驗②所得溶液中的溶質是       (寫化學式)，樣品中n(Fe)∶n(Fe₃O₄)=             ，m＝                     。
（2）計算實驗③中每份硝酸溶液的體積(V)（mL）。
（3）若向實驗Ⅱ所得溶液中繼續加入銅粉，要使溶液中Cu^2十、Fe²⁺、Fe³⁺同時存在，求加入銅粉的物質的量的范圍。

Answer 1

（1）FeCl₂，4∶1 ， 0.912 g
（2）180 mL
（3）0.105mol＜n(Cu)＜0.315mol

試題分析：（1）由于向溶液中滴入KSCN溶液，無明顯現象可知反應后生成的物質為FeCl₂，由于放人鹽酸的量為28.00 mL× 1 mol／L=0.028mol，故產生FeCl₂的物質的量為0.028/2=0.014mol。其中單質鐵分別于鹽酸、Fe₃O₄二者發生反應，①由生成標準狀況下的氣體134.4 mL，根據電荷守恒可知，混合物中與鹽酸發生產生氣體的單質鐵為0.006mol，②Fe₃O₄與Fe、HCl共同反應，在該反應中鐵元素總量為：0.014mol-0.006mol=0.008mol，且該反應方程式為Fe₃O₄+8HCl+Fe=4FeCl₂+4H₂O，通過該反應方程式可知Fe₃O₄為0.002mol，發生該反應的單質鐵為0.002mol。故總的Fe物質的量為0.008mol，Fe₃O₄為0.002mol。故比例為4∶1。質量為0.002mol×232g/mol +0.008mol×56g/mol =0.912g。
（2）根據三個實驗，通過投入粉末質量與產生氣體的體積比例關系可知，Ⅰ、Ⅱ為硝酸過量，Ⅲ為粉末過量。可通過實驗Ⅲ計算出硝酸的體積。由于假設NO是硝酸的唯一還原產物，且產生的氣體的物質的量為6.720L/22.4L·mol^-1=0.3mol。則N元素得到電子數為0.3mol×3=0.9mol。由于Ⅲ中混合物質量為34.2g，且n(Fe)∶n(Fe₃O₄)=4:1，則Fe為0.3mol，Fe₃O₄為0.075mol，由于氮元素得到電子數共為0.9mol，故溶液中為Fe(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃兩種溶質，計算可知Fe(NO₃)₂為0.075mol，Fe(NO₃)₃為0.45mol。故溶液中硝酸根含量為0.075mol×2+0.45mol×3=1.5mol。則該反應中N元素總物質的量為1.5mol+0.3mol=1.8mol。故硝酸的體積為180ml。
（3）27.36g 粉末，根據n(Fe)∶n(Fe₃O₄)=4:1可知含鐵元素0.42mol，由于硝酸過量，產物為硝酸鐵，故II反應需用硝酸1.52 mol(硝酸共1.8mol)，故II溶液中有Fe³⁺ 0.42 mol，過量硝酸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