Question

（2011?靜安區(qū)模擬）我國從澳大利亞進口的某高爐生鐵（用A表示）的成分如下（其余是鐵）

C	Si	Mn	P	S
4.070%	2.900%	0.495%	0.165%	0.010%

（1）稱取100.000g A經(jīng)過一系列處理（最后一步是在空氣中灼燒）后，錳全部轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N氧化物，其質(zhì)量為0.687g，則其化學式為

Mn₃O₄

．
（2）磷肥的肥效以相當含P₂O₅多少來表示．煉鋼時，P元素形成爐渣Ca₃（PO₄）₂，后者再與濃硫酸反應(yīng)制得普通過磷酸鈣[即普鈣，成分是CaSO₄、Ca（H₂PO₄）₂和少量其它雜質(zhì)]．若某普鈣中Ca（H₂PO₄）₂的質(zhì)量分數(shù)為45.25%，則含P₂O₅的質(zhì)量分數(shù)為

≥27.46%

%．
（3）錳的質(zhì)量分數(shù)為30%的高錳鋼有很好的性能，可制作火車車輪．將A冶煉成含碳0.4%、含錳30%的高錳鋼（設(shè)鐵無損耗，其它雜質(zhì)已除去，可補充錳），則100噸A可制得高錳鋼

132.701

噸．
（4）某煉鋼廠的煙塵成分和質(zhì)量分數(shù)如下表：

	FeO	Fe2O3	CaO
煙塵煅燒前（%）	86.40	4.00	9.60

為了減少煙塵的排放，將煙塵與CO混合后在空氣中煅燒，得到鐵的氧化物和CaO的燒結(jié)物，其中CaO的質(zhì)量分數(shù)為8.92%（金屬元素無損耗），燒結(jié)物分離出CaO后，鐵的氧化物的組成和物質(zhì)的量之比如何 （若無確定值，請表示某組分物質(zhì)的量分數(shù)的取值范圍）？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)Mn元素質(zhì)量分數(shù)計算Mn元素質(zhì)量分數(shù)，進而計算錳氧化物中氧元素的質(zhì)量，在根據(jù)n=

m

M

計算Mn、O原子物質(zhì)的量，據(jù)此確定氧化物化學式；
（2）將Ca（H₂PO₄）₂改寫CaH₄O₃?P₂O₅，計算P₂O₅的質(zhì)量分數(shù)，普鈣中還可能還有Ca₃（PO₄）₂，故該磷肥中P₂O₅表示的質(zhì)量分數(shù)還可能大于根據(jù)Ca（H₂PO₄）₂計算的P₂O₅的質(zhì)量分數(shù)；
（3）令可以生成高錳鋼y噸，根據(jù)Fe元素質(zhì)量不變列方程計算；
（4）計算煙塵中n（FeO）、n（Fe₂O₃），進而計算n（Fe）．煅燒后鐵元素質(zhì)量不變，CaO的質(zhì)量不變，計算煅燒后物質(zhì)的質(zhì)量，與Fe元素結(jié)合的m（O）=煅燒后物質(zhì)質(zhì)量×（1-8.92%）-m（Fe），據(jù)此計算煙塵煅燒后鐵的氧化物的平均組成，鐵的常見氧化物有FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，根據(jù)平均組成判斷可能的組成，討論計算．

解答：解：（1）100.000g A含有Mn的質(zhì)量=100.000g×0.495%=0.495g，所得Mn_xO_Y中O元素的質(zhì)量=0.687g-0.495g=0.192g，則：x：y=

0.495

55

：

0.192

16

=3：4，故該氧化物的化學式為Mn₃O₄，
故答案為：Mn₃O₄；
（2）將Ca（H₂PO₄）₂改寫CaH₄O₃?P₂O₅，含P₂O₅的質(zhì)量分數(shù)═45.25%×

142

234

=27.46%，普鈣中還可能還有Ca₃（PO₄）₂，所以用P₂O₅表示的質(zhì)量分數(shù)還可能大于27.46%，故P₂O₅的質(zhì)量分數(shù)≥27.46%，
故答案為：≥27.46%；
（3）令可以生成高錳鋼y噸，根據(jù)Fe元素質(zhì)量不變，則：
y×（1-30%-0.4%）=100×（1-4.070%-2.9%-0.495%-0.165%-0.010%）
解得：y=132.701，
故答案為：132.701；
（4）假設(shè)煙塵煅燒前煙塵的質(zhì)量為100g，則n（FeO）=

86.40g

72g/mol

=1.2mol，n（Fe₂O₃）=

4g

160g/mol

=0.025mol，F(xiàn)e元素物質(zhì)的量=1.2mol+0.05mol=1.25mol，其質(zhì)量=1.25mol×56g/mol=70g，煙塵煅燒前后Fe元素的質(zhì)量不變．煅燒后CaO的質(zhì)量也不變，煅燒后物質(zhì)的質(zhì)量=

100g×9.6%

8.92%

=107.6g，其中O元素的質(zhì)量=107.6g×（1-8.92%）-70g=28.0g，n（O）=

28g

16g/mol

=1.75mol，反應(yīng)后固體混合物中 n（Fe）：n（O）=1.25mol：1.75mol=1：1.4，故煙塵煅燒后鐵的氧化物的平均組成為FeO_1.4．
鐵的常見氧化物有FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，
①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，令FeO和Fe₂O₃的分別為xmol、ymol，則

x+3y

x+2y

=1.4，整理得x：y=1：2，故FeO和Fe₂O₃的物質(zhì)的量之比為1：2；
②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，令Fe₃O₄和Fe₂O₃的xmol、ymol，則

4x+3y

3x+2y

=1.4，整理得x：y=1：1，故Fe₃O₄和Fe₂O₃的物質(zhì)的量之比為1：1；
③若是FeO和Fe₃O₄的混合物，不符合平均組成，不合理；
④若是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物，利用極限法判斷，若FeO和Fe₂O₃的混合物，F(xiàn)e₂O₃的含量最高為

2

3

=66.7%，若為Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，F(xiàn)e₂O₃的含量最低為

1

2

=50%，故50%＜Fe₂O₃的物質(zhì)的量分數(shù)＜66.7%，
答：①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，則它們的物質(zhì)的量之比為1：2；
②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，則它們的物質(zhì)的量之比為1：1；
③若是FeO和Fe₃O₄的混合物，不合理；
④若是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物，50%＜Fe₂O₃的物質(zhì)的量分數(shù)＜66.7%．

點評：本題以煉鐵為載體，考查物質(zhì)的組成相關(guān)計算及平均值法的應(yīng)用，題目難度較大，是對學生綜合能力的考查．