Question

【題目】已知鐵生銹的過程為：Fe→Fe（OH）2→Fe（OH）3→Fe2O3xH2O．又知草酸（H2C2O4）分解的化學方程式為 H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O，某化學小組為測定兩種不同生銹鐵片的組成（設只含有鐵和Fe2O3xH2O），進行了以下探究，請你參與并完成對有關問題的解答。

（1）甲同學利用草酸分解產生的混合氣體和如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的硬質玻璃管中，加熱完全反應后得到固體的質量為8.4g，裝置D增重8.4g。

①鋼鐵在潮濕空氣中發生電化學腐蝕時，其負極的電極反應式為 ______ 。

②裝置A的作用是 ______ ，裝置B的作用是 ______ 。

③根據以上數據能否測定出銹鐵的組成？答： ______ （填“能”或“不能”）。

④該裝置還存在的一個明顯的缺陷是 ______ 。

（2）乙同學在甲同學裝置的基礎上將裝置D換成裝濃硫酸的洗氣瓶（裝置E，此裝置圖略），經改進后，重新按甲同學的操作和樣品取用量進行實驗，若完全反應后得到固體的質量仍為8.4g，而裝置E增重1.8g，則x= ______ ；m（Fe）：m （Fe2O3xH2O）= ______ 。

（3）丙同學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，實驗測知所得溶液中Fe2+、Fe3+的物質的量之和與加入稀鹽酸的體積關系如圖2示，此銹鐵中n（Fe）：n（Fe2O3xH2O）的取值范圍是 ______ 。（填字母）

a．大于1 b．等于1 c．小于1

Answer 1

【答案】Fe-2e-=Fe2+ 除去混合氣體中的CO2 除去混合氣體中的H2O 能 缺少尾氣處理裝置 2 2：7 c

【解析】

草酸分解得到含水蒸氣的CO和CO2的混合氣，A裝置中的NaOH除去二氧化碳，B裝置中的濃硫酸干燥CO；C裝置中CO還原Fe2O3，同時Fe2O3·xH2O失去結晶水，D裝置中堿石灰吸收C裝置中生成的CO2和H2O（g）；據此分析作答。

（1）①鋼鐵在潮濕空氣中發生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子發生氧化反應，負極的電極反應式為Fe-2e-=Fe2+，

故答案為：Fe-2e-=Fe2+；

②根據實驗目的，需要使用一氧化碳還原Fe2O3·xH2O，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氣體，裝置B中的濃硫酸用于干燥一氧化碳氣體，

故答案為：除去混合氣體中的CO2；除去混合氣體中的H2O；

③銹鐵樣品12.6g，加熱完全反應后得到的質量為8.4g的固體為鐵的質量，則銹鐵樣品中氧元素和氫元素質量之和為12.6g-8.4g=4.2g，則16g/mol×3n（Fe2O3）+18g/moln（H2O）=4.2g，裝置D增重8.4g為二氧化碳和水的質量，結合方程式Fe2O3·xH2O+3CO2Fe+3CO2+xH2O，44g/mol×3n（Fe2O3）+18g/moln（H2O）=8.4g，解得n（Fe2O3）=0.05mol，n（H2O）=0.1mol，則Fe2O3·xH2O的化學式為Fe2O3·2H2O，銹鐵樣品中含n（Fe2O3·2H2O）=0.05mol，含n（Fe）==0.05mol，能測定銹鐵的組成；

故答案為：能；

④該裝置的缺陷是：一氧化碳有毒，不能排放到空氣中，所以應該增加尾氣處理裝置，

故答案為：缺少尾氣處理裝置；

（2）若將裝置D換成裝濃硫酸的洗氣瓶（裝置E），重新按上述樣品的用量和操作進行實驗，若完全反應后得到固體的質量仍為8.4g，則銹鐵樣品中氧元素和氫元素質量之和為12.6g-8.4g=4.2g，16g/mol×3n（Fe2O3）+18g/moln（H2O）=4.2g，裝置E增重1.8g，n（H2O）=1.8g÷18g/mol=0.1mol，解得n（Fe2O3）=0.05mol，n（Fe2O3）：n（H2O）=0.05mol：0.1mol=1:2，則x=2；m（Fe2O3·xH2O）=0.05mol×160g/mol+1.8g=9.8g，m（Fe）=12.6g-9.8g=2.8g，m（Fe）：m （Fe2O3xH2O）= 2.8g：9.8g=2:7。

故答案為：2；2：7；

（3）0～V1段（加入鹽酸少量時）發生的反應為Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、Fe+2FeCl3=3FeCl2，總反應為：Fe+Fe2O3+6HCl=3FeCl2+3H2O；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+，顯然消耗相同物質的量鹽酸時，鐵與鹽酸反應增加的亞鐵離子物質的量比氧化鐵與鹽酸反應增加的鐵離子物質的量大，由于V1～V2鐵離子和亞鐵離子總的物質的量增大幅度小于0～V1，說明V1～V2段為氧化鐵與鹽酸的反應，即氧化鐵的物質的量大于鐵的物質的量，故c正確，

故答案為：c。