Question

19．防止金屬腐蝕，特別是鋼鐵的銹蝕是世界科學(xué)研究和技術(shù)領(lǐng)域中的重大問題．鐵生銹的條件為與氧氣和水同時(shí)接觸．鐵銹成分復(fù)雜，主要成分為氧化鐵（Fe₂O₃），氯化鈉物質(zhì)可加速鐵的銹蝕．
用鹽酸除去鐵銹的化學(xué)方程式為Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，為了防止鐵制品生銹，應(yīng)采取的措施是保持表面清潔干燥（寫出一種）．
【查閱資料】小明同學(xué)發(fā)現(xiàn)鐵生銹是鐵與空氣中的物質(zhì)發(fā)生的一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）₂]，后在在空氣中被氧化為氫氧化鐵[Fe（OH）₃]，F(xiàn)e（OH）₃不穩(wěn)定，在日光照射下發(fā)生緩慢的分解反應(yīng)生成氧化鐵Fe₂O₃，鐵銹的化學(xué)式可簡單表示為Fe₂O₃•nH₂O．
【提出問題】鐵銹（Fe₂O₃•nH₂O）中n的值等于多少呢？
【問題探究】小明發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中有一保管不善的鐵粉，大部分已經(jīng)結(jié)塊成紅褐色，為了探究鐵銹（Fe₂O₃•nH₂O）的組成，稱取27.0g這種鐵粉樣品，按如圖1所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

（1）為了保證實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先通入一會(huì)兒一氧化碳把玻璃管中的空氣排盡，防止爆炸．
（2）A中的現(xiàn)象是紅棕色變?yōu)楹谏�，B中濃硫酸的作用是吸收水蒸氣，D中堿石灰作用是吸收CO₂．
（3）請(qǐng)指出該裝置中有一處明顯不足尾氣沒有處理．
【數(shù)據(jù)處理】如圖2是加熱時(shí)間和A中固體質(zhì)量關(guān)系圖象，下表是B、C中質(zhì)量不再變化時(shí)B中濃硫酸、C中堿石灰裝置質(zhì)量變化情況

	反應(yīng)前（g）	反應(yīng)后（g）
B	100	105.4
C	150	163.2

（1）n的值是3．
（2）寫出T₃-T₄時(shí)間段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（3）計(jì)算原樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

Answer 1

分析 鐵與水和氧氣同時(shí)接觸時(shí)容易生銹，因此隔絕水和氧氣可以防止鐵制品生銹；鐵銹的主要成分是氧化鐵，氧化鐵能和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水；
【問題探究】一氧化碳和空氣或氧氣混合達(dá)到一定程度時(shí)，遇明火會(huì)發(fā)生爆炸；高溫條件下，氧化鐵和一氧化碳反應(yīng)生成鐵和二氧化碳；
濃硫酸能夠吸收水，堿石灰能夠吸收水和二氧化碳；一氧化碳有毒，擴(kuò)散到空氣中會(huì)污染環(huán)境；
【數(shù)據(jù)處理】根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式和提供的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行相關(guān)方密度計(jì)算和判斷．

解答 解：鐵生銹的條件為與水和氧氣同時(shí)接觸，酸、鹽等物質(zhì)可加速鐵的銹蝕．故填：氧氣和水；氯化鈉．
用鹽酸除去鐵銹的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O，為了防止鐵制品生銹，可以保持鐵制品表面的潔凈和干燥．故填：Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O；保持表面清潔干燥．
【問題探究】
（1）為了保證實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先通入一會(huì)兒一氧化碳把玻璃管中的空氣排盡，防止發(fā)生爆炸．
故填：通入一會(huì)兒一氧化碳把玻璃管中的空氣排盡；爆炸．
（2）A中的現(xiàn)象是紅棕色固體變成黑色固體，B中濃硫酸的作用是吸收反應(yīng)生成的水，D中堿石灰的作用是防止二氧化碳進(jìn)入C裝置．
故填：紅棕色變?yōu)楹谏�；吸收水蒸氣；吸收CO₂．
（3）該裝置中一處明顯不足是沒有處理尾氣．
故填：尾氣沒有處理．
【數(shù)據(jù)處理】
（1）加熱鐵銹時(shí)，首先失去結(jié)晶水，結(jié)晶水的質(zhì)量為：27g-21.6g=5.4g，
設(shè)氧化鐵的質(zhì)量為x，
反應(yīng)生成水的質(zhì)量為：105.4g-100g=5.4g，與左圖中數(shù)據(jù)符合；
反應(yīng)生成二氧化碳質(zhì)量為：163.2g-150g=13.2g，
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，
160                132
x                 13.2g
$\frac{160}{132}=\frac{x}{13.2g}$，
x=16g，
根據(jù)題意有：$\frac{16g}{5.4g}=\frac{160}{18n}$，
n=3，
故填：3．
（2）T3-T4時(shí)間段時(shí)，氧化鐵和一氧化碳反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（3）樣品中鐵銹的質(zhì)量為：16g+5.4g=21.4g，
原樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{27.0g-21.4g}{27.0g}$×100%=20.7%，
答：原樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.7%．

點(diǎn)評(píng) 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識(shí)奠定基礎(chǔ)．