Question

镁、铝、铁及其化合物在生产和生活中有广泛的应用．
（1）镁铝合金用在飞机制造业，现有3.90克镁铝合金溶于足量的2mol/L稀硫酸中生成0.2mol氢气，计算并确定镁铝合金中物质的量n（Mg）：n（Al）=______．

（2）硫铁矿的主要成分为FeS₂（假设杂质只含SiO₂）是生产硫酸的原料．取某硫铁矿10g在足量的空气中煅烧（4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂），充分反应后冷却，称得固体质量为7.4g（杂质SiO₂不反应）．该硫铁矿中FeS₂的质量分数为______．
（3）现有一定量的铁粉和铝粉组成的混合物跟100mL稀硝酸充分反应，反应过程中无任何气体放出，往反应后的澄清溶液中逐渐加入4.00mol?L^-1的NaOH溶液，加入NaOH溶液的体积与产生沉淀的质量的关系如图所示（必要时可加热，忽略气体在水中的溶解）：纵坐标中A点的数值是______
（4）炼铁厂生产的生铁常用于炼钢．取某钢样粉末28.12g（假设只含Fe和C），在氧气流中充分反应，得到CO₂气体224mL（标准状况下）．
①计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比为______（最简单的整数比）．
②再取三份不同质量的上述钢样粉末分别加到100mL相同浓度的稀H₂SO₄中，充分反应后，测得的实验数据如表所示：

实验序号	I	II	III
加入钢样粉末的质量（g）	2.812	5.624	8.436
生成气体的体积（L）（标准状况）	1.120	2.240	2.800

则该硫酸溶液的物质的量浓度为______．
③若在上述实验II中继续加入m克钢样粉末，计算反应结束后剩余的固体质量为______ g（保留3位小数）

Answer 1

解：（1）令镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，则：

解得x=0.05，y=0.1，
故n（Mg）：n（Al）=0.05mol：0.1mol=1：2，
故答案为：1：2；
（2）发生反应4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，导致固体质量减少，固体质量减少10g-7.4g=2.6g，则：
4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂ 质量减少△m
480 160
m（FeS₂） 2.6g
故m（FeS₂）=2.6g×=7.8g，
故FeS₂的质量分数为×100%=78%，
故答案为：78%；
（3）从16.5mL～18.5mL加入的2mL氢氧化钠完全溶解氢氧化铝，该阶段消耗的n（NaOH）=0.002L×4mol/L=0.008mol，根据方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.08mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.08mol，铝离子完全沉淀消失氢氧化钠为0.008mol×3=0.024mol，铁离子、铝离子完全消耗的氢氧化钠溶液的体积为15mL-3mL=12mL，故该阶段消耗n（NaOH）=0.012L×4mol/L=0.048mol，故铁离子完全沉淀消耗的氢氧化钠为0.048mol-0.024mol=0.024mol，故n（Fe³⁺）==0.008mol，故m[Fe（OH）₃]=0.008mol×107g/mol=0.856g，
故答案为：0.856g；
（4）①二氧化碳的物质的量为=0.01mol，根据碳元素守恒n（C）=0.01mol，故m（C）=0.01mol×12g/mol=0.12g，故Fe的质量为28.12g-0.12g=28g，Fe的物质的量为=0.5mol，故此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比为0.5mol：0.01mol=50：1，
故答案为：50：1；
②硫酸的体积一定，由表中数据可知，样品质量增大，生成气体的体积都增大，故第Ⅰ、Ⅱ组样品完全反应，酸有剩余，8.436g样品完全反应可以生成气体×1.12L=3.36L＞2.8Lg，故第Ⅲ组硫酸不足，样品完全反应．氢气的物质的量为=0.125mol，由氢原子守恒可知硫酸的物质的量为0.125mol，故硫酸的浓度为=1.25mol/L，
故答案为：1.25mol/L；
③令Ⅱ组中生成氢气为=0.1mol，根据电子注意守恒可知n（Fe）=0.1mol，则n（C）==0.002mol，
A．当钢样粉末中的铁全部溶解时，样品中Fe的总物质的量小于或等于0.125mol，故加入的Fe的物质的量小于或等于0.125mol-0.1mol=0.025mol，则m≤×5.624=1.406g，此时属于固体碳的质量为（m+5.624）×g；
B．当钢样粉末中的铁未全部溶解时，即m＞1.406g，反应结束后剩余固体的质量为m+5.624-0.125×56=（m-1.376）g，
故答案为：0＜m≤1.406g时，（m+5.624）×g；m＞1.406g时，（m-1.376）g．
分析：（1）令镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，根据电子转移守恒、二者质量之和列方程计算x、y的值，据此解答；
（2）发生反应4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，导致固体质量减少，根据固体的质量差，利用差量法计算FeS₂的质量，再根据质量分数定义计算；
（3）由图可知，加入3mL氢氧化钠时开始生成沉淀，故金属与硝酸反应中硝酸有剩余，反应中没有气体沉淀，故反应生成硝酸铁、硝酸铝与硝酸铵．3mL～15mL为生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，15mL沉淀达最大值．15mL～16.5mL为铵根离子与氢氧根离子反应生成氨气．16.5mL～18.5mL氢氧化钠溶解氢氧化铝，A值为氢氧化铁的质量．
从16.5mL～18.5mL加入的2mL氢氧化钠完全溶解氢氧化铝，根据n=cV计算该阶段消耗的n（NaOH），再根据方程式计算氢氧化铝的物质的量，利用铝元素守恒计算溶液中n（Al³⁺），进而计算铝离子完全沉淀消耗的氢氧化钠的物质的量，根据n=cV计算铁离子、铝离子完全消耗的n（NaOH），进而计算n（Fe³⁺），利用铁元素守恒计算n[Fe（OH）₃]，根据m=nM计算氢氧化铁的质量．
（4）①根据n=计算二氧化碳的物质的量，利用碳元素守恒计算n（C），再根据m=nM计算碳的质量，进而计算Fe的质量，再根据n=计算Fe的物质的量，据此解答；
②硫酸的体积一定，由表中数据可知，样品质量增大，生成气体的体积都增大，故第Ⅰ、Ⅱ组样品完全反应，酸有剩余，8.436g样品完全反应可以生成气体×1.12L=3.36L＞2.8Lg，故第Ⅲ组硫酸不足，样品完全反应．根据第Ⅲ组氢气的体积计算硫酸的物质的量，再根据c=计算硫酸的浓度；
③根据铁是否完全溶解推论计算，剩余固体为碳与剩余铁的质量．
点评：本题考查混合物的有关计算，为拼合型题目，题量大，计算量大，过程复杂，为易错题目，对学生的心理素质有很高要求，是对学生综合能力的考查，注意（4）③中需要讨论计算．