Question

16．回答以下问题：
（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是铁表面被钝化．
（2）另称取已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）6.0g放入15.0ml浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y．
①甲同学认为X中除Fe³⁺外还可能含有Fe²⁺．写出生成Fe²⁺所有可能的离子方程式：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
②乙同学取336ml（标准状况）气体Y通入足量氯水中，发生反应的化学方程式为：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄．
然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g．由于此推知气体Y中SO₂的体积分数为66.7%．
（3）向100ml水中投入Na和Al共16克，充分反应后剩余金属1g．计算放出H₂的体积为13.44升（标准状况下）
（4）向含有0.3mol NaAlO₂的溶液中滴加1mol/L HCl，当生成7.8克沉淀时，加入盐酸的体积为100或900mL
（5）向一定量的Fe、Fe₂O₃和CuO混合物投入120ml 2.2mol/L的硫酸溶液中，充分反应后生成896mL标准状况下的气体，得不溶物1.28g，过滤后，向滤液中加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL时开始出现沉淀，则滤液中FeSO₄的物质的量浓度为1.87mol•L^-1（设滤液体积为120ml）mol/L．

Answer 1

分析 （1）常温下，铁遇冷的浓硫酸发生钝化现象；
（2）①在加热条件下，浓硫酸与Fe反应生成Fe³⁺，当溶液浓度减小时，硫酸氧化性减弱，生成Fe²⁺，铁离子与Fe反应生成亚铁离子；
②生成的SO₂具有还原性，通入足量氯水中，发生SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，利用硫元素的守恒，结合关系式：SO₂→BaSO₄求出SO₂的体积分数；
（3）Al和水不反应，所以剩余金属应该是Al，根据Na和Al之间的关系式及转移电子守恒计算；
（4）n（Al（OH）₃）=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol＜0.3mol，所以有两种情况：一种是铝元素存在于偏铝酸钠和氢氧化铝中，一种情况是铝元素存在于氯化铝和氢氧化铝中，根据物质之间的关系式计算；
（5）固体混合物和稀硫酸反应后有固体剩余，说明溶液中不存在铁离子，向滤液中加入加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL时开始出现沉淀，说明硫酸有剩余，铁先和铜离子后和氢离子发生置换反应，所以滤液中的溶质是硫酸、硫酸亚铁，根据硫酸根离子守恒计算硫酸亚铁的物质的量浓度．

解答 解：（1）常温下，铁遇冷的浓硫酸发生氧化还原反应，在铁表面生成一层致密的氧化物薄膜而阻止了进一步的反应，即发生钝化现象，所以反应片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，
故答案为：铁表面被钝化；
（2）①在加热条件下，浓硫酸与Fe反应生成Fe³⁺，当溶液浓度减小时，硫酸氧化性减弱，生成Fe²⁺，反应的离子方程式为Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，如硫酸完全消耗，且铁过量时，还会发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
故答案为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑； Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
②生成的SO₂具有还原性，通入足量氯水中，发生SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，
n（混合气体）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，
SO₂ →BaSO₄
1mol     233g
n          2.33g
n=0.01mol
则 SO₂的体积分数：$\frac{0.01}{0.015}$=66.7%，
故答案为：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄；66.7%；
（3）Al和水不反应，所以剩余金属应该是Al，反应方程式为2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，可以得出关系式Na～NaOH～Al，则参与反应的Na和Al的质量之比为23：27，Na和Al的质量和为15g，所以n（Na）=$\frac{\frac{23}{23+27}×15g}{23g/mol}$=0.3mol，n（Al）=$\frac{\frac{27}{23+27}×15g}{27g/mol}$=0.3mol，根据Na、Al和氢气之间的关系式得氢气体积=（0.3mol×0.5+0.3mol×1.5）×22.4L/mol=13.44L，
故答案为：13.44；
（4）n（Al（OH）₃）=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol＜0.3mol，一种情况是：铝元素存在于偏铝酸钠和氢氧化铝中，
此时盐酸少量，只能沉淀一部分AlO₂^-，根据NaAlO₂+HCl+H₂O=Al（OH）₃↓+NaCl得，n（HCl）=n（Al（OH）₃）=0.1mol，则盐酸体积=$\frac{0.1mol}{1mol/L}$=100mL；
另一种情况是铝元素存在于氯化铝和氢氧化铝中，此时盐酸较多，先把AlO₂^-全部沉淀，后又将部分沉淀溶解，生成氢氧化铝需要n（HCl）=n（NaAlO₂）=n（Al（OH）₃）=0.3mol，溶解Al（OH）₃生成氯化铝需要盐酸的n（HCl）=3n（AlCl₃）=3×（0.3-0.1）mol=0.6mol，所以需要盐酸体积=$\frac{0.3mol+0.6mol}{1mol/L}$=900mL，
故答案为：100或900；
（5）固体混合物和稀硫酸反应后有固体剩余，说明溶液中不存在铁离子，向滤液中加入加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL时开始出现沉淀，说明硫酸有剩余，铁先和铜离子后和氢离子发生置换反应，所以滤液中的溶质是硫酸、硫酸亚铁，n（H₂SO₄）=2.2mol/L×0.12L=0.264mol，
与氢氧化钠反应的硫酸的物质的量为：$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×2mol/L×0.04L=0.04mol，
剩余的硫酸的物质的量=0.264mol-0.04mol=0.224mol，
剩余硫酸与固体反应生成了硫酸亚铁，根据硫酸和硫酸亚铁的关系式计算硫酸亚铁的物质的量浓度=$\frac{0.224mol}{0.12L}$=1.87mol/L，
故答案为：1.87．

点评 本题综合考查元素化合物知识以及有关混合物反应的计算，题目难度中等，明确各物理量之间的关系是解本题的关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析能力及化学计算能力．