Question

铁及其化合物在生活生产中应用非常广泛。

（一）铁材料的有关知识

（1）人类使用金属先后经历了“青铜”、“铁器”时代，直到近代才开始大量使用铝材料。这也反映出Cu、Fe、 Al三种金属的活动性由强到弱的顺序是_______________。

（2）磁铁矿是早期司南（如图）的材料，磁铁矿中所含铁的氧化物主要是________________。

（3）我国C919大型客机去年惊艳亮相，客机上大规模使用碳纤维复合材料、铝锂合金、铁钛合金、纳米陶瓷等先进材料，其中不涉及到的材料是_________（选填序号）。

A 合金

B 无机非金属材料

C 合成材料

D 复合材料

（4）铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿（FeS₂）等。工业上用黄铁矿制取硫酸而不用于炼铁，不用于炼铁原因是:①冶炼中产生SO₂污染环境；②______________。

（二）制取碱式硫酸铁

碱式硫酸铁是-种废水处理剂，用硫酸厂的废渣（主要成分为铁的氧化物、少量FeS及SiO₂）制备碱式硫酸铁晶体[Fe₄（OH）₂（SO₄）₅·6H₂O]主要流程如下:

（1）废渣应研磨成粉末，目的是_____。

（2）“酸溶”过程中生成H₂S气体的化学方程式为________

（3）过滤后洗涤，证明固体已洗净的方法是_______。

（4）“转化”发生反应的化学方程式为_______，该反应温度不宜过高的原因是________。

（三）碱式硫酸铁晶体的热分解实验

兴趣小组称取此晶体样品25.38g，在科研人员的指导下用下图装置进行热分解实验。

[查阅资料]①碱式硫酸铁晶体（相对分子质量为846）200°C完全分解生成Fe₂O₃、H₂O和Fe₂（SO₄）₃；

②Fe₂（SO₄）₃在500°C完全分解为Fe₂O₃、SO₂、SO₃和O₂；

③B装置中浓硫酸只能吸收SO₃和H₂O。.

（1）装配好实验装置后，先要_________。

（2）加热前后及过程中均通入N₂,停止加热后继续通N₂的目的是防止倒吸和______。

（3）控制不同的温度对A中固体加热，测得装置B、C和D中的质量变化如下表，测得剩余固体质量随温度的变化如图所示。

温度/C	室温	220	520
B装置/g	200.00	203.78	207.78
C装置/g	200.00	200.00	x
D装置/g	100.00	100.00	101.60

①如图中m₁=____________。

②表格中x=_____________。

③将最终的剩余固体继续加热到更高的温度，发现固体减少0.32g后质量不再改变，写出此过程中发生反应的化学方程式____________。

Answer

Al、Fe、Cu Fe3O4 C 含铁量相对低 增大反应物间的接触面积，加快反应（合理的答案均给分） 取最后一次洗涤后的滤液，滴入BaCl2 无现象（合理的答案均给分） 防止H2O2分解 检查装置的气密性 使生成的气体能全部被相应装置吸收，减少实验误差 21.60 206.40

【解析】

（一）（1）人类使用金属先后经历了“青铜”、“铁器”时代，直到近代才开始大量使用铝材料，由于金属越活泼，人类认识和利用的越晚，所以Cu、Fe、 Al三种金属的活动性由强到弱的顺序是：Al>Fe>Cu；

（2）磁铁矿是早期司南（如图）的材料，磁铁矿中所含铁的氧化物主要是：Fe3O4；

（3）碳纤维复合材料属于复合材料，铝锂合金属于金属材料，铁钛合金属于金属材料；纳米陶瓷属于无机非金属材料，故不涉及到的材料是合成材料。故选C；

（4）赤铁矿中铁元素的质量分数为：；

磁铁矿中铁元素的质量分数为：；

黄铁矿中铁元素的质量分数为：

故黄铁矿中含铁量相对较低，因此不用于炼铁；

（二）制取碱式硫酸铁

（1）废渣应研磨成粉末，目的是增大反应物间的接触面积，提高反应速率；

（2）“酸溶”过程中FeS和稀硫酸反应生成H2S气体，该反应的化学方程式为；

（3）因为溶液中含硫酸根离子，故过滤后洗涤，证明固体已洗净的方法是：取最后一次洗涤后的滤液，滴入BaCl2 无现象；

（4）“转化”为硫酸亚铁与过氧化氢、稀硫酸反应生成硫酸铁和水，发生反应的化学方程式为；

过氧化氢受热易分解，故该反应温度不宜过高的原因是防止H2O2分解；

（三）碱式硫酸铁晶体的热分解实验

（1）装配好实验装置后，先要检查装置的气密性；

（2）加热前，通入氮气是为了将装置内的空气排尽，防止空气影响实验结果，实验过程中通入氮气是为了将反应生成的气体全部排出，被相应的装置吸收，停止加热后继续通N2的目的是防止倒吸，故填使生成的气体能全部被相应装置吸收，减少实验误差；

（3）①碱式硫酸铁晶体（相对分子质量为846）200℃完全分解生成Fe2O3、H2O和Fe2(SO4)3，故m1即为碱式硫酸铁的质量减去生成水的质量，从室温到220℃时，B装置增加的质量即为生成水的质量，故生成水的质量为：203.78-200=3.78，m1=25.38g-3.78g=21.60g；

②Fe2(SO4)3在500°C完全分解为Fe2O3、SO2、SO3和O2，D装置增加的质量即为生成氧气的质量，生成氧气的质量为：101.6g-100g=1.6g，C装置增加的质量为生成二氧化硫的质量，

设Fe2(SO4)3在500°C完全分解为SO2的质量为x

，

x=6.4g，y=8.0g

表格中x=200.00g+6.4g=206.40g；

③最后剩余固体为Fe2O3，碱式硫酸铁晶体的质量减去生成的水、二氧化硫、三氧化硫、氧气的质量，即Fe2O3的质量，质量为：25.38g-6.4g-7.78g-1.6g=9.6g

Fe2O3中铁元素的质量为：；

Fe2O3中氧元素的质量为：9.6g-6.72g=2.88g；

将最终的剩余固体继续加热到更高的温度，发现固体减少0.32g，这是因为生成了氧气，固体中剩余氧元素的质量为：2.88g-0.32g=2.56g；

设剩余固体加热生成的铁的氧化物的化学式为：FexOy，56x：16y=6.72g：2.56g，x：y=3：4，故生成的铁的氧化物为Fe3O4，故发生反应的化学方程式为：。