Question

鐵是一種典型的過渡金屬，鐵和鐵的化合物在生產和生活中有廣泛的應用。完成下列計算：
（1）將11.802 g鋼樣粉末（只含鐵和碳）于高溫下置于足量的純氧中充分反應，冷卻后得到16.240 g磁性氧化鐵。
①鋼樣中含鐵________g。
②生成的CO₂在標準狀況下體積為________mL。
（2）向10 mL氯化鐵溶液（含鹽酸0.001 mol）中加入16.8 g 5%的燒堿溶液（足量），充分反應后過濾。洗滌沉淀，將洗滌液與濾液合并后稀釋至250mL。取25mL稀釋液，用0.100 mol/L鹽酸滴定，終點時消耗鹽酸的體積15.50mL。計算原溶液中Fe³⁺的物質的量濃度。
（3）鐵銹的主要成分實為羥基氧化鐵[化學式FeO(OH)]。將一塊帶銹鐵片放入700mL pH＝0的稀硝酸中充分反應，收集到標準狀況下NO氣體3.584 L，最終剩余2.020g鐵。求：
①反應后溶液中溶質的成分與物質的量。
②原帶銹鐵片中鐵銹的質量分數。
（4）用FeSO₄和NaOH制備Fe(OH)₂時，往往會形成一種灰綠色的中間物（用X表示）。經分析，X中含有三種陰離子與兩種陽離子，陰、陽離子的總質量之比為11:12。已知兩種陽離子為Fe²⁺與Fe³⁺，物質的量之比為2:1。請通過計算確定X的化學式。

Answer 1

（本題共16分）（1） ①11.76（2分）；②78.4（2分）；      （2）0.15mol/L（3分）；
（3）①Fe(NO₃)₂（1分），0.27mol（1分）；②0.10（或10%，3分）；
（4）Fe₆(SO₄)₂(OH)₄O₃（2FeSO₄·2Fe(OH)₂·Fe₂O₃、2FeSO₄·Fe(OH)₂·Fe₃O₄·H₂O等亦可，4分）

解析試題分析：（1）①16.240 g磁性氧化鐵中鐵元素的質量是16.24g×＝11.76g，所以根據鐵原子守恒可知，鋼樣中含鐵11.76g。
②鋼樣中碳元素的質量是11.802 g－11.76g＝0.042g，物質的量＝0.042g÷12g/mol＝0.0035mol，所以根據碳原子守恒可知，生成的CO₂的物質的量也是0.0035mol，在標準狀況下的體積是0.0035mol×22.4L/mol＝0.0784L＝78.4ml。
（2）氫氧化鈉的質量是16.8 g×5%＝0.84g，氫氧化鈉的物質的量是0.84g÷40g/mol＝0.021mol，則根據鈉離子守恒可知最終生成的氯化鈉是0.021mol。原溶液中含有的鹽酸和加入的鹽酸的物質的量之和＝0.100 mol/L×0.0155L×10＋0.001mol＝0.0165mol，所以根據氯離子守恒可知，氯化鐵中氯離子的物質的量是0.021mol－0.0165mol＝0.0045mol，則氯化鐵的物質的量是0.0045mol÷3＝0.0015mol，所以鐵離子的濃度是0.0015mol÷0.01L＝0.15mol/L。
（3）①反應后鐵過量，所以最終溶液中的成分是Fe(NO₃)₂。硝酸的物質的量是0.7L×1mol/L＝0.7mol，NO的物質的量是3.584L÷22.4L/mol＝0.16mol，所以根據氮原子守恒可知，生成的硝酸亞鐵的物質的量是（0.7mol－0.16mol）÷2＝0.27mol。
②假設鐵銹的物質的量是x，鐵的物質的量是y，則根據鐵原子守恒可知x＋y＝2.020g÷56g/mol＋0.27mol。根據電子得失守恒可知x＋0.16mol×3＝（y－2.020g÷56g/mol）×2，解得x＝0.02mol、y＝0.286mol所以鐵銹的質量分數＝＝0.1。
（4）設有2mol Fe²⁺和1mol Fe³⁺，其鐵元素質量是3mol×56g/mol＝168g
由于陰、陽離子的總質量之比為11:12
所以陰離子共168g×＝154g，且帶有7mol負電荷
所以SO₄^2-只有1mol（96g）
剩余兩種陰離子共58g，且帶有5mol負電荷。
因為5mol OH^—為85g，因此第三種陰離子只能為質量輕、電荷多的O^2－
設OH^—和O^2－的物質的量分別是x和y
則x＋2y＝5、17x＋16y＝58
解得x＝2mol、y＝1.5mol
因此三種陰離子的物質的量之比是2:4:3
所以化學式是Fe₆(SO₄)₂(OH)₄O₃
考點：考查鋼鐵成分、物質的量濃度、物質化學式、鐵銹含量的有關計算