Question

14．鐵是日常生活中廣泛應用的金屬．亞鐵離子是血紅蛋白的主要成分，它肩負著輸送O₂的重任．
（1）鐵在元素周期表中的位置是第四周期第VIII族．
（2）鋼鐵在潮濕的空氣中易發(fā)生電化學腐蝕，且與空氣的接觸面積越大，腐蝕程度越大，寫出鋼鐵腐蝕過程中正極的反應式O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（3）在生鐵中含有一種僅由鐵、碳兩種元素組成的化合物X．已知X中鐵、碳元素的質量比為14：1，X的最簡式為Fe₃C．
（4）X有如圖轉化關系（無關物質已經略去）：[X]$→_{高溫煅燒}^{足量氧氣}$[固體Y]$\stackrel{過量鹽酸}{→}$[溶液甲]$\stackrel{雙氧水}{→}$[溶液乙]
①溶液甲中含有的陽離子是Fe²⁺Fe³⁺H⁺，向溶液甲中加入雙氧水發(fā)生反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O
②將溶液乙加熱、蒸干、灼燒后得到的固體是Fe₂O₃．
（5）X與過量的濃硝酸反應生成氣體Z和氣體W，Z是一種空間構型為直線型的分子，其電子式為．一定溫度下，將2mol的W氣體置于密閉容器中，保持壓強不變，溫度由T₁升高到T₂的過程中，氣體逐漸變?yōu)闊o色．若保持T₂，增大壓強，氣體又逐漸變?yōu)榧t棕色．氣體的物質的量n隨溫度T變化的關系如圖所示．溫度在T₂～T₃之間，氣體的平均相對分子質量是（保留1位小數(shù)）30.7．

Answer 1

分析 （1）鐵是26號元素，四個電子層，最外層2個電子，在周期表中位于第四周期第ⅤⅢ；
（2）鋼鐵腐蝕過程中正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應；
（3）X中鐵、碳元素的質量比為14：1，計算物質的量之比得到最簡比寫出最簡式；
（4）轉化關系可知（3）得到X的化學式在足量氧氣中高溫煅燒得到四氧化三鐵，加入過量鹽酸溶解得到氯化鐵、氯化亞鐵溶液甲，加入雙氧水氧化亞鐵離子為鐵離子得到溶液乙為氯化鐵溶液，加熱蒸干灼燒乙溶液促進水解得到水解產物氫氧化鐵，灼燒分解為氧化鐵；
（5）溫度由T₁繼續(xù)升高到T₂的過程中，氣體逐漸變?yōu)闊o色，且混合氣體總的物質的量增大，說明NO₂發(fā)生分解反應，應生成NO與O₂；溫度在T₂-T₃之間處于平衡狀態(tài)，平衡時混合氣體總的物質的量為3mol，根據(jù)起始加入2molNO₂計算混合氣體總質量，計算混合氣體的平均摩爾質量確定平均相對分子質量．

解答 解：（1）鐵是26號元素，四個電子層，最外層2個電子，在周期表中位于第四周期第ⅤⅢ族，
故答案為：第四周期第VIII族；
（2）鋼鐵腐蝕過程中正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應，電極反應為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；   
（3）在生鐵中含有一種僅由鐵、碳兩種元素組成的化合物X．已知X中鐵、碳元素的質量比為14：1，物質的量之比=$\frac{14}{56}$：$\frac{1}{12}$=3：1，最簡式為：Fe₃C，
故答案為：Fe₃C；
（4）轉化關系可知（3）得到X的化學式Fe₃C，在足量氧氣中高溫煅燒得到四氧化三鐵，二氧化碳，固體加入過量鹽酸溶解得到氯化鐵、氯化亞鐵溶液甲，
①溶液甲中含有的陽離子是Fe²⁺ Fe³⁺ H⁺，加入雙氧水氧化亞鐵離子為鐵離子得到溶液乙為氯化鐵溶液，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：Fe²⁺ Fe³⁺ H⁺，2Fe²⁺+H₂O₂+2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加熱蒸發(fā)氯化鐵溶液，氯化鐵水解生成氫氧化鐵和鹽酸，氯化氫揮發(fā)，促進水解得到水解產物氫氧化鐵，灼燒后得到的固體是氧化鐵，化學式為：Fe₂O₃，
故答案為：Fe²⁺ Fe³⁺ H⁺，2Fe²⁺+H₂O₂+2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，F(xiàn)e₂O₃；
（5）X與過量的濃硝酸反應生成氣體Z和氣體W，Z是一種空間構型為直線型的分子，判斷Z為CO₂，二氧化碳中碳原子和氧原子分別寫出兩個共用電子對，電子式為：，W為NO₂，溫度由T₁繼續(xù)升高到T₂的過程中，氣體逐漸變?yōu)闊o色，且混合氣體總的物質的量增大，說明NO₂發(fā)生分解反應，應生成NO與O₂，方程式為：2NO₂?2NO+O₂，
溫度在T₂-T₃之間處于平衡狀態(tài)，平衡時混合氣體總的物質的量為3mol，起始加入2molNO₂，故平衡混合氣體總質量=2mol×46g/mol=92g，混合氣體的平均摩爾質量=$\frac{92g}{3mol}$=30.7g/mol，故混合氣體的平均相對分子質量為30.7，
故答案為：30.7．

點評 本題考查了鐵及其化合物性質的分析主要是化學式、反應產物的分析判斷，反應現(xiàn)象和圖象分析是解題關鍵，題目難度中等．