Question

鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎．2008年我國粗鋼產量近5億噸，居世界首位，某中學社會實踐活動小組利用假期對當地鋼鐵廠進行了調研，對從礦石開始到鋼鐵產出的工藝流程有了全面的感性認識．請你回答下列社會實踐活動小組感興趣的問題：
（1）將6.62g鐵礦石樣品投入適量的鹽酸中（充分反應），過濾，然后在濾液中加過量的NaOH 溶液，充分反應后，過濾、洗滌、灼燒得4.80g Fe₂O₃．現以該鐵礦石為原料煉鐵，若生產過程中鐵元素損失4%，計算每生產1.00t生鐵（含鐵96%），至少需要這種鐵礦石多少噸？（保留兩位小數）
（2）取某鋼樣粉末28.12g（假設只含Fe和C），在氧氣流中充分反應，將產生的氣體通入足量的澄清石灰水中，得到1g白色沉淀．
①計算此鋼樣粉末中鐵和碳的質量之比．
②再取三份不同質量的鋼樣粉末分別加到50g質量分數相同的稀H₂SO₄中，充分反應后，測得的實驗數據如下表所示：（標準狀況下，2gH₂的體積為22.4L）

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入鋼樣粉末的質量/g	2.812	5.624	8.436
生成氣體的體積/L（標準狀況）	1.120	2.240	2.800

請根據表中數據計算稀硫酸中H₂SO₄的質量分數．
③若在實驗Ⅱ中繼續(xù)加入mg鋼樣粉末，計算反應結束后剩余的固體質量為多少？（用含m的代數式表示）

Answer 1

【答案】分析：（1）根據Fe₂O₃的分子式計算出鐵元素的質量分數，然后求得6.62g鐵礦石中鐵的質量；再根據已知條件“若生產過程中鐵元素損失4%，計算每生產1.00t生鐵（含鐵96%）”計算生產1.00t生鐵需鐵礦石的質量；
（2）①鋼樣中的C元素燃燒后生成二氧化碳，二氧化碳通入澄清石灰水生成了碳酸鈣沉淀，根據化學變化中元素質量不變，碳酸鈣中所含C元素質量即鋼樣中C元素質量；由此可完成此鋼樣粉末中鐵和碳的質量之比的計算；
②分析表中所記錄實驗數據，可得知在第III次實驗中稀硫酸完全反應，根據反應的化學方程式．由生成氫氣質量計算50g稀硫酸中硫酸的質量，解決硫酸中H₂SO₄的質量分數．
③要分類討論：當Fe完全反應；當Fe過量時．
解答：解：（1）解：6.62g鐵礦石中鐵的質量為m_Fe=4.80g×=3.36g
生產1.00t生鐵需鐵礦石的質量為：m_鐵礦石=≈1.97t
答：至少需要這種鐵礦石1.97t

（2）①根據題意知，該白色沉淀是CaCO₃，所以C的質量=×100%×1g=0.12g；
故此鋼樣粉末中鐵的質量=28.12g-0.12g=28g；
所以此鋼樣粉末中鐵和碳的質量之比=28：0.12=700：3；
②設50g稀硫酸中溶質的質量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
     98         2
     x         ×2g

x=12.25g
稀硫酸中H₂SO₄的質量分數為：×100%=24.5%
③當鋼樣粉末中的鐵末全部溶解時（m＞1.406g），剩余的固體質量為：（5.624g+mg）-0.125mol×56g?mol^-1=（m-1.376）g
當鋼樣粉末中的鐵全部溶解時（m≤1.406g），
剩余的固體質量為：（5.624+m）g×；
答：①此鋼樣粉末中鐵和碳的質量之比是700：3；
 ②稀硫酸中H₂SO₄的質量分數是24.5%（2分）；
③當m＞1.406 g，剩余固體質量為：（m-1.376）g （2分）
當 m≤1.406 g，剩余固體質量為：（5.624+m）×g （2分）
點評：根據實驗數據中鋼樣質量的增加值與反應產生氫氣的質量增加值的關系，判斷實驗III中稀硫酸完全反應是計算稀硫酸溶質質量分數的根本．