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17. 羰基铁粉在国防军工领域有重要应用,我国是少数几个掌握其生产技术的国家之一。制备羰基铁粉的过程如下图所示。
(1)$\ce{Fe(CO)_{5}}$中碳、氧元素的质量比为
(2)反应1的化学方程式为$\ce{Fe + 5CO\xlongequal{\mathrm{高压}} Fe(CO)_{5}}$。用100 kg含铁96%的海绵铁,理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量是多少?(写出计算过程)
(3)反应2的化学方程式为$\ce{Fe(CO)_{5}\xlongequal{\mathrm{一定条件}} Fe + 5CO\uparrow}$。196 kg $\ce{Fe(CO)_{5}}$分解生成羰基铁粉的质量随时间的变化如下图所示。在$t_{1}$时,剩余
(1)$\ce{Fe(CO)_{5}}$中碳、氧元素的质量比为
3:4
(填最简整数比)。(2)反应1的化学方程式为$\ce{Fe + 5CO\xlongequal{\mathrm{高压}} Fe(CO)_{5}}$。用100 kg含铁96%的海绵铁,理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量是多少?(写出计算过程)
(3)反应2的化学方程式为$\ce{Fe(CO)_{5}\xlongequal{\mathrm{一定条件}} Fe + 5CO\uparrow}$。196 kg $\ce{Fe(CO)_{5}}$分解生成羰基铁粉的质量随时间的变化如下图所示。在$t_{1}$时,剩余
98
kg $\ce{Fe(CO)_{5}}$未分解;在$t_{3}$
时,$\ce{Fe(CO)_{5}}$恰好完全分解。答案
16.(1)3:4
(2)解:设理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量为x。
$\ce{Fe + 5CO\xlongequal{高温} Fe(CO)_{5}}$
56 196
$100\ \mathrm{kg}×96\%$ $x$
$\dfrac{56}{196}=\dfrac{100\ \mathrm{kg}×96\%}{x}$
$x=336\ \mathrm{kg}$
答:理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量是336 kg。
(3)98 $t_{3}$
(2)解:设理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量为x。
$\ce{Fe + 5CO\xlongequal{高温} Fe(CO)_{5}}$
56 196
$100\ \mathrm{kg}×96\%$ $x$
$\dfrac{56}{196}=\dfrac{100\ \mathrm{kg}×96\%}{x}$
$x=336\ \mathrm{kg}$
答:理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量是336 kg。
(3)98 $t_{3}$
解析
【分析】
本题分三个小问逐一分析：
1. 第(1)问：计算化合物中元素质量比，需用各元素相对原子质量乘以原子个数，再化简为最简整数比。$\ce{Fe(CO)_{5}}$含5个C原子和5个O原子，分别计算C、O总质量后求比。
2. 第(2)问：根据化学方程式计算，先算海绵铁中纯铁质量，再利用反应中$\ce{Fe}$与$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量比，按“设未知数→写方程式→找相对质量→列比例式→计算作答”的步骤求解。
3. 第(3)问：结合反应2的化学方程式，明确$\ce{Fe(CO)_{5}}$分解生成$\ce{Fe}$的质量关系，再根据图像中$\ce{Fe}$的质量变化，计算$t_{1}$时剩余$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量，以及$\ce{Fe(CO)_{5}}$完全分解的时间。
【解析】
(1) $\ce{Fe(CO)_{5}}$中碳、氧元素的质量比为：$(12×5):(16×5)=3:4$。
(2) 解：设理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量为$x$。
反应1的化学方程式为$\ce{Fe + 5CO\xlongequal{\mathrm{高压}} Fe(CO)_{5}}$，$\ce{Fe}$的相对原子质量为56，$\ce{Fe(CO)_{5}}$的相对分子质量为$56 + 5×(12+16)=196$。
海绵铁中纯铁的质量：$100\ \mathrm{kg}×96\% = 96\ \mathrm{kg}$。
根据化学方程式列比例式：$\dfrac{56}{196} = \dfrac{96\ \mathrm{kg}}{x}$，
解得：$x = \dfrac{196×96\ \mathrm{kg}}{56} = 336\ \mathrm{kg}$。
答：理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量是336 kg。
(3) 反应2中，$\ce{Fe(CO)_{5}\xlongequal{\mathrm{一定条件}} Fe + 5CO\uparrow}$，196 kg $\ce{Fe(CO)_{5}}$完全分解生成56 kg $\ce{Fe}$。
由图像知，$t_{1}$时生成$\ce{Fe}$的质量为28 kg，分解的$\ce{Fe(CO)_{5}}$质量为$\dfrac{196\ \mathrm{kg}}{56\ \mathrm{kg}}×28\ \mathrm{kg}=98\ \mathrm{kg}$，剩余$\ce{Fe(CO)_{5}}$质量：$196\ \mathrm{kg} - 98\ \mathrm{kg}=98\ \mathrm{kg}$；
当$\ce{Fe}$质量达到56 kg时，$\ce{Fe(CO)_{5}}$恰好完全分解，对应时间为$t_{3}$。
【答案】
(1) $3:4$；(2) $336\ \mathrm{kg}$；(3) $98$，$t_{3}$
【知识点】
元素质量比计算；根据化学方程式计算；图像分析
【点评】
本题综合考查化学计算与图像信息提取能力，涵盖元素质量比、化学方程式计算及图像解读，难度适中，需学生掌握基础计算方法并结合图像分析反应进程。
【难度系数】
0.6
本题分三个小问逐一分析：
1. 第(1)问：计算化合物中元素质量比，需用各元素相对原子质量乘以原子个数，再化简为最简整数比。$\ce{Fe(CO)_{5}}$含5个C原子和5个O原子，分别计算C、O总质量后求比。
2. 第(2)问：根据化学方程式计算，先算海绵铁中纯铁质量，再利用反应中$\ce{Fe}$与$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量比，按“设未知数→写方程式→找相对质量→列比例式→计算作答”的步骤求解。
3. 第(3)问：结合反应2的化学方程式，明确$\ce{Fe(CO)_{5}}$分解生成$\ce{Fe}$的质量关系，再根据图像中$\ce{Fe}$的质量变化，计算$t_{1}$时剩余$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量，以及$\ce{Fe(CO)_{5}}$完全分解的时间。
【解析】
(1) $\ce{Fe(CO)_{5}}$中碳、氧元素的质量比为：$(12×5):(16×5)=3:4$。
(2) 解：设理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量为$x$。
反应1的化学方程式为$\ce{Fe + 5CO\xlongequal{\mathrm{高压}} Fe(CO)_{5}}$，$\ce{Fe}$的相对原子质量为56，$\ce{Fe(CO)_{5}}$的相对分子质量为$56 + 5×(12+16)=196$。
海绵铁中纯铁的质量：$100\ \mathrm{kg}×96\% = 96\ \mathrm{kg}$。
根据化学方程式列比例式：$\dfrac{56}{196} = \dfrac{96\ \mathrm{kg}}{x}$，
解得：$x = \dfrac{196×96\ \mathrm{kg}}{56} = 336\ \mathrm{kg}$。
答：理论上可制备$\ce{Fe(CO)_{5}}$的质量是336 kg。
(3) 反应2中，$\ce{Fe(CO)_{5}\xlongequal{\mathrm{一定条件}} Fe + 5CO\uparrow}$，196 kg $\ce{Fe(CO)_{5}}$完全分解生成56 kg $\ce{Fe}$。
由图像知，$t_{1}$时生成$\ce{Fe}$的质量为28 kg，分解的$\ce{Fe(CO)_{5}}$质量为$\dfrac{196\ \mathrm{kg}}{56\ \mathrm{kg}}×28\ \mathrm{kg}=98\ \mathrm{kg}$，剩余$\ce{Fe(CO)_{5}}$质量：$196\ \mathrm{kg} - 98\ \mathrm{kg}=98\ \mathrm{kg}$；
当$\ce{Fe}$质量达到56 kg时，$\ce{Fe(CO)_{5}}$恰好完全分解，对应时间为$t_{3}$。
【答案】
(1) $3:4$；(2) $336\ \mathrm{kg}$；(3) $98$，$t_{3}$
【知识点】
元素质量比计算；根据化学方程式计算；图像分析
【点评】
本题综合考查化学计算与图像信息提取能力，涵盖元素质量比、化学方程式计算及图像解读，难度适中，需学生掌握基础计算方法并结合图像分析反应进程。
【难度系数】
0.6
18.铁是一种化学性质较活泼的金属，常温下能与稀盐酸、氧气等物质反应。某兴趣小组进行铁锈蚀的实验探究。
（1）铁与稀盐酸反应的化学方程式是
（2）该小组利用下图装置对铁钉锈蚀的条件进行探究。一段时间后，在A和B中没有观察到明显现象，C和D中铁钉有锈蚀。
①B中将蒸馏水煮沸的目的是
②A、B、D对比，说明铁钉锈蚀需要的物质是
（3）为进一步探究铁钉锈蚀过程中气态物质的变化，该小组同学按图E装置完成以下实验。恒温下，向锥形瓶中加入少量稀盐酸，同时测量锥形瓶内气体压强随时间的变化，直至反应完全，变化曲线如图F。下列说法错误的是
A. 测量过程中要保持恒温，目的是排除温度变化对压强的测定
B. 锥形瓶内压强增大的原因主要是加入了少量稀盐酸占有体积
C. 锥形瓶内压强减小与铁锈蚀消耗氧气有关
D. 由图分析可知，瓶内氧气减少的量大于氢气生成的量
（1）铁与稀盐酸反应的化学方程式是
$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
；铁锈的颜色是红棕色
。（2）该小组利用下图装置对铁钉锈蚀的条件进行探究。一段时间后，在A和B中没有观察到明显现象，C和D中铁钉有锈蚀。
①B中将蒸馏水煮沸的目的是
除去水中溶解的氧气,防止干扰实验(答案合理即可)
。②A、B、D对比，说明铁钉锈蚀需要的物质是
氧气和水(或$\ce{O_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$)
；C中的铁钉比D中的锈蚀更严重，原因是C中的铁钉与氧气和水充分接触(或C中的铁钉接触的氧气量比D中的多,答案合理即可)
。（3）为进一步探究铁钉锈蚀过程中气态物质的变化，该小组同学按图E装置完成以下实验。恒温下，向锥形瓶中加入少量稀盐酸，同时测量锥形瓶内气体压强随时间的变化，直至反应完全，变化曲线如图F。下列说法错误的是
B
（填字母）。A. 测量过程中要保持恒温，目的是排除温度变化对压强的测定
B. 锥形瓶内压强增大的原因主要是加入了少量稀盐酸占有体积
C. 锥形瓶内压强减小与铁锈蚀消耗氧气有关
D. 由图分析可知，瓶内氧气减少的量大于氢气生成的量
答案
17.(1)$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$ 红棕色
(2)①除去水中溶解的氧气,防止干扰实验(答案合理即可) ②氧气和水(或$\ce{O_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$) C中的铁钉与氧气和水充分接触(或C中的铁钉接触的氧气量比D中的多,答案合理即可)
(3)①防止温度变化影响气体压强的测定(答案合理即可)
②
【解析】(3)①气体的压强受温度影响变化较大,测量过程中要保持恒温,理由是防止温度变化影响气体压强的测定。②恒温下,向锥形瓶中加入少量稀盐酸,稀盐酸与铁反应生成氯化亚铁和氢气,少量氢气的产生导致密闭容器内气压增大,继而铁与水、氧气反应生成铁锈,较多氧气的减少会导致密闭容器内气压减小,小于起始气压,反应完毕后,压强不变。
解析
【分析】
本题围绕铁的化学性质、铁锈蚀条件及相关实验探究展开，解题思路如下：
1. 对于铁与稀盐酸的反应，回忆金属与酸的置换反应规律，铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，铁锈的颜色为红棕色；
2. 探究铁锈蚀条件时，需运用控制变量法：B中蒸馏水煮沸是为了除去溶解的氧气，排除氧气对实验的干扰；通过A、B、D的对比，分析得出铁锈蚀需要的物质；C中铁钉锈蚀更严重，结合铁锈蚀需要氧气，分析氧气接触量的差异；
3. 分析压强变化的实验时，结合温度对气体压强的影响、铁与酸反应生成氢气、铁锈蚀消耗氧气等反应，逐一判断选项的正误，找出错误选项。
【解析】
（1）铁与稀盐酸发生置换反应，生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$；铁锈的主要成分为氧化铁，颜色为红棕色。
（2）①气体的溶解度随温度升高而减小，将蒸馏水煮沸的目的是除去水中溶解的氧气，防止氧气干扰铁锈蚀条件的探究实验；
②A、B、D对比：若A中铁钉只接触水（缺氧气）无明显现象，B中铁钉只接触氧气（缺水）无明显现象，D中铁钉同时接触氧气和水发生锈蚀，说明铁钉锈蚀需要氧气和水；铁锈蚀需要氧气，C中铁钉比D中铁钉锈蚀更严重，原因是C中的铁钉与氧气的接触更充分（或C中铁钉接触的氧气量比D中的多）。
（3）逐一分析选项：
A. 气体压强受温度影响较大，测量时保持恒温可排除温度变化对压强测定的干扰，该说法正确；
B. 锥形瓶内压强增大的主要原因是稀盐酸与铁反应生成氢气，少量稀盐酸占有体积不是主要原因，该说法错误；
C. 铁锈蚀会消耗锥形瓶内的氧气，导致瓶内气体减少，压强减小，该说法正确；
D. 由图像可知，最终瓶内压强小于初始压强（101kPa），说明铁锈蚀消耗氧气使压强减小的量，大于铁与稀盐酸反应生成氢气使压强增大的量，即瓶内氧气减少的量大于氢气生成的量，该说法正确；
故错误的是B。
【答案】
（1）$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$；红棕色
（2）①除去水中溶解的氧气，防止干扰实验（合理即可）；②氧气和水（或$\ce{O_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$）；C中的铁钉与氧气充分接触（合理即可）
（3）B
【知识点】
铁的化学性质；铁锈蚀的条件；气体压强的影响因素
【点评】
本题综合考查铁的相关性质、铁锈蚀条件的探究实验及气体压强变化的分析，重点考查控制变量法在实验探究中的应用，以及化学反应与压强变化的关联，是化学实验探究类的典型题目，需要学生具备扎实的基础知识和分析问题的能力。
【难度系数】
0.5
本题围绕铁的化学性质、铁锈蚀条件及相关实验探究展开，解题思路如下：
1. 对于铁与稀盐酸的反应，回忆金属与酸的置换反应规律，铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，铁锈的颜色为红棕色；
2. 探究铁锈蚀条件时，需运用控制变量法：B中蒸馏水煮沸是为了除去溶解的氧气，排除氧气对实验的干扰；通过A、B、D的对比，分析得出铁锈蚀需要的物质；C中铁钉锈蚀更严重，结合铁锈蚀需要氧气，分析氧气接触量的差异；
3. 分析压强变化的实验时，结合温度对气体压强的影响、铁与酸反应生成氢气、铁锈蚀消耗氧气等反应，逐一判断选项的正误，找出错误选项。
【解析】
（1）铁与稀盐酸发生置换反应，生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$；铁锈的主要成分为氧化铁，颜色为红棕色。
（2）①气体的溶解度随温度升高而减小，将蒸馏水煮沸的目的是除去水中溶解的氧气，防止氧气干扰铁锈蚀条件的探究实验；
②A、B、D对比：若A中铁钉只接触水（缺氧气）无明显现象，B中铁钉只接触氧气（缺水）无明显现象，D中铁钉同时接触氧气和水发生锈蚀，说明铁钉锈蚀需要氧气和水；铁锈蚀需要氧气，C中铁钉比D中铁钉锈蚀更严重，原因是C中的铁钉与氧气的接触更充分（或C中铁钉接触的氧气量比D中的多）。
（3）逐一分析选项：
A. 气体压强受温度影响较大，测量时保持恒温可排除温度变化对压强测定的干扰，该说法正确；
B. 锥形瓶内压强增大的主要原因是稀盐酸与铁反应生成氢气，少量稀盐酸占有体积不是主要原因，该说法错误；
C. 铁锈蚀会消耗锥形瓶内的氧气，导致瓶内气体减少，压强减小，该说法正确；
D. 由图像可知，最终瓶内压强小于初始压强（101kPa），说明铁锈蚀消耗氧气使压强减小的量，大于铁与稀盐酸反应生成氢气使压强增大的量，即瓶内氧气减少的量大于氢气生成的量，该说法正确；
故错误的是B。
【答案】
（1）$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}\uparrow}$；红棕色
（2）①除去水中溶解的氧气，防止干扰实验（合理即可）；②氧气和水（或$\ce{O_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$）；C中的铁钉与氧气充分接触（合理即可）
（3）B
【知识点】
铁的化学性质；铁锈蚀的条件；气体压强的影响因素
【点评】
本题综合考查铁的相关性质、铁锈蚀条件的探究实验及气体压强变化的分析，重点考查控制变量法在实验探究中的应用，以及化学反应与压强变化的关联，是化学实验探究类的典型题目，需要学生具备扎实的基础知识和分析问题的能力。
【难度系数】
0.5
