Question

鎂、鋁、鐵及其化合物在生產和生活中有廣泛的應用．
（1）鎂鋁合金用在飛機制造業，現有3.90克鎂鋁合金溶于足量的2mol/L稀硫酸中生成0.2mol氫氣，計算并確定鎂鋁合金中物質的量n（Mg）：n（Al）=

1：2

．

（2）硫鐵礦的主要成分為FeS₂（假設雜質只含SiO₂）是生產硫酸的原料．取某硫鐵礦10g在足量的空氣中煅燒（4FeS₂+11O₂→2Fe₂O₃+8SO₂），充分反應后冷卻，稱得固體質量為7.4g（雜質SiO₂不反應）．該硫鐵礦中FeS₂的質量分數為

78%

．
（3）現有一定量的鐵粉和鋁粉組成的混合物跟100mL稀硝酸充分反應，反應過程中無任何氣體放出，往反應后的澄清溶液中逐漸加入4.00mol?L^-1的NaOH溶液，加入NaOH溶液的體積與產生沉淀的質量的關系如圖所示（必要時可加熱，忽略氣體在水中的溶解）：縱坐標中A點的數值是

0.856

（4）煉鐵廠生產的生鐵常用于煉鋼．取某鋼樣粉末28.12g（假設只含Fe和C），在氧氣流中充分反應，得到CO₂氣體224mL（標準狀況下）．
①計算此鋼樣粉末中鐵和碳的物質的量之比為

50：1

（最簡單的整數比）．
②再取三份不同質量的上述鋼樣粉末分別加到100mL相同濃度的稀H₂SO₄中，充分反應后，測得的實驗數據如表所示：

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

則該硫酸溶液的物質的量濃度為

1.25mol/L

．
③若在上述實驗II中繼續加入m克鋼樣粉末，計算反應結束后剩余的固體質量為

0＜m≤1.406g時，（m+5.624）×

0.12

28.12

g；
m＞1.406g時，（m-1.376）g

 g（保留3位小數）

Answer 1

分析：（1）令鎂、鋁的物質的量分別為xmol、ymol，根據電子轉移守恒、二者質量之和列方程計算x、y的值，據此解答；
（2）發生反應4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，導致固體質量減少，根據固體的質量差，利用差量法計算FeS₂的質量，再根據質量分數定義計算；
（3）由圖可知，加入3mL氫氧化鈉時開始生成沉淀，故金屬與硝酸反應中硝酸有剩余，反應中沒有氣體沉淀，故反應生成硝酸鐵、硝酸鋁與硝酸銨．3mL～15mL為生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，15mL沉淀達最大值．15mL～16.5mL為銨根離子與氫氧根離子反應生成氨氣．16.5mL～18.5mL氫氧化鈉溶解氫氧化鋁，A值為氫氧化鐵的質量．
從16.5mL～18.5mL加入的2mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，根據n=cV計算該階段消耗的n（NaOH），再根據方程式計算氫氧化鋁的物質的量，利用鋁元素守恒計算溶液中n（Al³⁺），進而計算鋁離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的物質的量，根據n=cV計算鐵離子、鋁離子完全消耗的n（NaOH），進而計算n（Fe³⁺），利用鐵元素守恒計算n[Fe（OH）₃]，根據m=nM計算氫氧化鐵的質量．
（4）①根據n=

V

Vm

計算二氧化碳的物質的量，利用碳元素守恒計算n（C），再根據m=nM計算碳的質量，進而計算Fe的質量，再根據n=

m

M

計算Fe的物質的量，據此解答；
②硫酸的體積一定，由表中數據可知，樣品質量增大，生成氣體的體積都增大，故第Ⅰ、Ⅱ組樣品完全反應，酸有剩余，8.436g樣品完全反應可以生成氣體

8.436g

2.812g

×1.12L=3.36L＞2.8Lg，故第Ⅲ組硫酸不足，樣品完全反應．根據第Ⅲ組氫氣的體積計算硫酸的物質的量，再根據c=

n

V

計算硫酸的濃度；
③根據鐵是否完全溶解推論計算，剩余固體為碳與剩余鐵的質量．

解答：解：（1）令鎂、鋁的物質的量分別為xmol、ymol，則：

24x+27y=3.9 2x+3y=0.2×2

解得x=0.05，y=0.1，
故n（Mg）：n（Al）=0.05mol：0.1mol=1：2，
故答案為：1：2；
（2）發生反應4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂，導致固體質量減少，固體質量減少10g-7.4g=2.6g，則：
4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂ 質量減少△m
480                      160
m（FeS₂）                  2.6g
故m（FeS₂）=2.6g×

480

160

=7.8g，
故FeS₂的質量分數為

7.8g

10g

×100%=78%，
故答案為：78%；
（3）從16.5mL～18.5mL加入的2mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，該階段消耗的n（NaOH）=0.002L×4mol/L=0.008mol，根據方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.08mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.08mol，鋁離子完全沉淀消失氫氧化鈉為0.008mol×3=0.024mol，鐵離子、鋁離子完全消耗的氫氧化鈉溶液的體積為15mL-3mL=12mL，故該階段消耗n（NaOH）=0.012L×4mol/L=0.048mol，故鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉為0.048mol-0.024mol=0.024mol，故n（Fe³⁺）=

0.024mol

3

=0.008mol，故m[Fe（OH）₃]=0.008mol×107g/mol=0.856g，
故答案為：0.856g；
（4）①二氧化碳的物質的量為

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，根據碳元素守恒n（C）=0.01mol，故m（C）=0.01mol×12g/mol=0.12g，故Fe的質量為28.12g-0.12g=28g，Fe的物質的量為

28g

56g/mol

=0.5mol，故此鋼樣粉末中鐵和碳的物質的量之比為0.5mol：0.01mol=50：1，
故答案為：50：1；
②硫酸的體積一定，由表中數據可知，樣品質量增大，生成氣體的體積都增大，故第Ⅰ、Ⅱ組樣品完全反應，酸有剩余，8.436g樣品完全反應可以生成氣體

8.436g

2.812g

×1.12L=3.36L＞2.8Lg，故第Ⅲ組硫酸不足，樣品完全反應．氫氣的物質的量為

2.8L

22.4L/mol

=0.125mol，由氫原子守恒可知硫酸的物質的量為0.125mol，故硫酸的濃度為

0.125mol

0.1L

=1.25mol/L，
故答案為：1.25mol/L；
③令Ⅱ組中生成氫氣為

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，根據電子注意守恒可知n（Fe）=0.1mol，則n（C）=

0.1mol

50

=0.002mol，
A．當鋼樣粉末中的鐵全部溶解時，樣品中Fe的總物質的量小于或等于0.125mol，故加入的Fe的物質的量小于或等于0.125mol-0.1mol=0.025mol，則m≤

0.025mol

0.1mol

×5.624=1.406g，此時屬于固體碳的質量為（m+5.624）×

0.12

28.12

g；
B．當鋼樣粉末中的鐵未全部溶解時，即m＞1.406g，反應結束后剩余固體的質量為m+5.624-0.125×56=（m-1.376）g，
故答案為：0＜m≤1.406g時，（m+5.624）×

0.12

28.12

g；m＞1.406g時，（m-1.376）g．

點評：本題考查混合物的有關計算，為拼合型題目，題量大，計算量大，過程復雜，為易錯題目，對學生的心理素質有很高要求，是對學生綜合能力的考查，注意（4）③中需要討論計算．