Question

钢铁制品经常进行烤蓝处理，即在铁制品的表面生成一层致密的Fe₃O₄。某学习小组为了研究烤蓝铁片，分别进行了以下实验操作：

①把一定量烤蓝铁片加工成均匀粉末。

②取m g该粉末，放人28.00 mL 1 mol／L的盐酸中，恰好完全反应，生成标准状况下的气体134.4 mL，向溶液中滴入KSCN溶液，无明显现象。

③再取三份不同质量的粉末，分加加到相同体积(V)、物质的量浓度均为l0.00 mol／L的三份硝酸溶液中，充分反应后，固体全部溶解，有关的实验数据如下表所示(假设NO是硝酸的唯一还原产物)：

实验序号	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入粉末质量/g	13.68	27.36	34.20
生成气体的体积（标准状况）/L	2.912	5.824	6.720

完成下列各题：

（1）实验②所得溶液中的溶质是        (写化学式)，样品中n(Fe)∶n(Fe₃O₄)=              ，m＝                      。

（2）计算实验③中每份硝酸溶液的体积(V)（mL）。

（3）若向实验Ⅱ所得溶液中继续加入铜粉，要使溶液中Cu^2十、Fe²⁺、Fe³⁺同时存在，求加入铜粉的物质的量的范围。

Answer

（1）FeCl2 ，4∶1 ， 0.912 g

（2）180 mL

（3）0.105mol＜n(Cu)＜0.315mol

【解析】

试题分析：（1）由于向溶液中滴入KSCN溶液，无明显现象可知反应后生成的物质为FeCl2，由于放人盐酸的量为28.00 mL× 1 mol／L=0.028mol，故产生FeCl2的物质的量为0.028/2=0.014mol。其中单质铁分别于盐酸、Fe3O4二者发生反应，①由生成标准状况下的气体134.4 mL，根据电荷守恒可知，混合物中与盐酸发生产生气体的单质铁为0.006mol，②Fe3O4与Fe、HCl共同反应，在该反应中铁元素总量为：0.014mol-0.006mol=0.008mol，且该反应方程式为Fe3O4+8HCl+Fe=4FeCl2+4H2O，通过该反应方程式可知Fe3O4为0.002mol，发生该反应的单质铁为0.002mol。故总的Fe物质的量为0.008mol，Fe3O4为0.002mol。故比例为4∶1。质量为0.002mol×232g/mol +0.008mol×56g/mol =0.912g。

（2）根据三个实验，通过投入粉末质量与产生气体的体积比例关系可知，Ⅰ、Ⅱ为硝酸过量，Ⅲ为粉末过量。可通过实验Ⅲ计算出硝酸的体积。由于假设NO是硝酸的唯一还原产物，且产生的气体的物质的量为6.720L/22.4L·mol-1=0.3mol。则N元素得到电子数为0.3mol×3=0.9mol。由于Ⅲ中混合物质量为34.2g，且n(Fe)∶n(Fe3O4)=4:1，则Fe为0.3mol，Fe3O4为0.075mol，由于氮元素得到电子数共为0.9mol，故溶液中为Fe(NO3)2、Fe(NO3)3两种溶质，计算可知Fe(NO3)2为0.075mol，Fe(NO3)3为0.45mol。故溶液中硝酸根含量为0.075mol×2+0.45mol×3=1.5mol。则该反应中N元素总物质的量为1.5mol+0.3mol=1.8mol。故硝酸的体积为180ml。

（3）27.36g 粉末，根据n(Fe)∶n(Fe3O4)=4:1可知含铁元素0.42mol，由于硝酸过量，产物为硝酸铁，故II反应需用硝酸1.52 mol(硝酸共1.8mol)，故II溶液中有Fe3+ 0.42 mol，过量硝酸0.28mol，

3Cu ~ 8HNO3           Cu ~ 2Fe3+

3        8             1   2

nmin   0.28mol          n   0.42

nmin=0.105mol   n=0.21mol   nmax =0.21mol+0.105mol=0.315mol

考点：化学计算、物料守恒，电子守恒、化学计算