Question

钢铁工业是国家工业的基础．某中学社会实践活动小组利用假期对当地钢铁厂进行了调研，请您对社会实践活动小组感兴趣的问题进行计算：
（1）将6.72g铁矿石样品投入适量的盐酸中（充分反应），过滤，滤渣中不含铁元素，然后在滤液中加过量的中NaOH溶液，充分反应后，过滤、洗涤、灼烧得4.80g Fe₂O₃．计算该铁矿石铁的质量分数为多少？
（2）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 224mL（标准状况）
①计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比．
②再取三份不同质量的钢样粉末分别加到100mL相同浓度的H₂SO₄溶液中，充分反应后，测得的实验数据如下表所示：

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

计算硫酸溶液的物质的量浓度．
③若在实验Ⅱ中继续加入mg钢样粉末，计算反应结束后剩余的固体质量为多少？（用含m的代数式表示）

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算

专题：

分析：（1）根据n=

m

M

计算氧化铁的物质的量，根据Fe元素守恒计算Fe的物质的量，再根据m=nM计算Fe元素质量，进而计算铁矿石中Fe元素质量分数；
（2）①根据碳元素守恒计算碳的物质的量，根据m=nM计算碳的质量，再计算Fe的物质的量，进而计算Fe、碳物质的量之比；
②由表中数据可知，实验Ⅰ、Ⅱ中加入钢样中Fe完全反应，8.436g钢样中Fe完全反应生成氢气为1.12L×

8.436g

2.812g

=3.36L＞2.8L，故实验Ⅲ中硫酸完全反应，钢样中Fe有剩余，根据Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，计算硫酸的物质的量，进而计算硫酸的物质的量浓度；
③硫酸恰好完全反应时，需要钢样的质量为2.812g×

2.8L

1.12L

=7.03g，此时加入的钢样质量为7.03g-5.624g=1.406g，
当钢样粉末中的铁未全部溶解时，即m＞1.406g，当钢样粉末中的铁全部溶解时，即m≤1.406g，据此讨论计算．

解答： 解：（1）4.80g Fe₂O₃的物质的量为

4.8g

160g/mol

=0.03mol，故Fe元素质量为0.03mol×2×56g/mol=3.36g，则该铁矿石铁的质量分数为

3.36g

6.72g

×1005=50%，
答：该铁矿石铁的质量分数为50%；
（2）①n（C）=n（CO₂）=

0.224L

22.4L/mol

=0.010mol，m（C）=0.010mol×l2g/mol=0.12g，故Fe的物质的量为质量为

28.12g-0.12g

56g/mol

=0.5mol，故钢样中Fe与碳的物质的量之比为0.5mol：0.01mol=50：1，
答：此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比为50：1；
②由表中数据可知，实验Ⅰ、Ⅱ中加入钢样中Fe完全反应，8.436g钢样中Fe完全反应生成氢气为1.12L×

8.436g

2.812g

=3.36L＞2.8L，故实验Ⅲ中硫酸完全反应，钢样中Fe有剩余，
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
1 mol       22.4L
n（H₂SO₄）  2.800L
n（H₂SO₄）=

1mol×2.800L

22.4L

=0.125mol
c（H₂SO₄）=

0.125mol

0.1L

=1.25mol/L，
答：硫酸溶液的物质的量浓度为1.25mol/L；
③硫酸恰好完全反应时，需要钢样的质量为2.812g×

2.8L

1.12L

=7.03g，此时加入的钢样质量为7.03g-5.624g=1.406g，
当钢样粉末中的铁未全部溶解时，即m＞1.406g，由方程式可知，参加反应的Fe为0.125mol，故剩余的固体质量为：（5.624g+mg）-0.125mol×56g/mol=（m-1.376）g，
当钢样粉末中的铁全部溶解时，即m≤1.406g，剩余的固体质量为：（5.624+m）g×

0.12g

28.12g

=

0.12×(5.624+m)

28.12

g，
答：当铁未完全溶解时，剩余固体的质量为（m-1.376）g；当铁完全溶解时，剩余固体的质量为

0.12×(5.624+m)

28.12

g．

点评：本题考查混合物计算，（2）中关键根据题目中数据判断硫酸反应情况，侧重考查学生分析解决问题能力，题目把理论和实际生产相联系，体现化学社会性，难度中等．