Question

我国从澳大利亚进口的某高炉生铁（用A表示）的成分如下（其余是铁）：

C	Si	Mn	P	S
4.070%	2.900%	0.495%	0.165%	0.010%

（1）称取100.000g A经过一系列处理(最后一步是在空气中灼烧)后，锰全部转变为某种氧化物，其质量为0.687g，则其化学式为         。
（2）磷肥的肥效以相当含P₂O₅多少来表示。炼钢时，P元素形成炉渣Ca₃(PO₄)₂，后者再与浓硫酸反应制得普通过磷酸钙［即普钙，成分是CaSO₄、Ca(H₂PO₄)₂和少量其它杂质］。若某普钙中Ca(H₂PO₄)₂的质量分数为45.25%，则含P₂O₅的质量分数至少是           %。
（3）锰的质量分数为30%的高锰钢有很好的性能，可制作火车车轮。将A冶炼成含碳0.4%、含锰30%的高锰钢（设铁无损耗，其它杂质已除去，可补充锰），则100吨A可制得高锰钢              吨。
（4）某炼钢厂的烟尘成分和质量分数如下表：

	FeO	Fe2O3	CaO
烟尘煅烧前（%）	86.40	4.00	9.60

 
为了减少烟尘的排放，将烟尘与CO混合后在空气中煅烧，得到铁的氧化物和CaO的烧结物，其中CaO的质量分数为8.92%（金属元素无损耗），烧结物分离出CaO后，若铁的氧化物中只有两种物质组成，则铁的氧化物的组成和物质的量之比如何？

Answer 1

（1）Mn₃O₄（2分）
（2） 27.46
（3）132.701（3分）
（4）反应后固体混合物中 n(Fe):n(O)=1：1.4
①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，则它们的物质的量之比为1：2；
②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，则它们的物质的量之比为1：1；

试题分析：（1）100.000g A含有Mn的质量=100.000g×0.495%=0.495g，所得Mn_xO_Y中O元素的质量=0.687g-0.495g=0.192g，则：x：y="0.495/55" :0.192/16=3：4，故该氧化物的化学式为Mn₃O₄，故答案为：Mn₃O₄；
（2）将Ca（H₂PO₄）₂改写CaH₄O₃?P₂O₅，含P₂O₅的质量分数═45.25%×142/234=27.46%，普钙中还可能还有Ca₃（PO₄）₂，所以用P₂O₅表示的质量分数还可能大于27.46%，故P₂O₅的质量分数≥27.46%，故答案为：≥27.46%；
（3）令可以生成高锰钢y吨，根据Fe元素质量不变，则：y×（1-30%-0.4%）=100×（1-4.070%-2.9%-0.495%-0.165%-0.010%）解得：y=132.701，故答案为：132.701；
（4）假设烟尘煅烧前烟尘的质量为100g，则n（FeO）=1.2mol，n（Fe₂O₃）=0.025mol，Fe元素物质的量=1.2mol+0.05mol=1.25mol，其质量=1.25mol×56g/mol=70g，烟尘煅烧前后Fe元素的质量不变．煅烧后CaO的质量也不变，煅烧后物质的质量=100*9.6%/8.92%=107.6g，其中O元素的质量=107.6g×（1-8.92%）-70g=28.0g，n（O）=28/16=1.75mol，反应后固体混合物中 n（Fe）：n（O）=1.25mol：1.75mol=1：1.4，故烟尘煅烧后铁的氧化物的平均组成为FeO_1.4。铁的常见氧化物有FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，令FeO和Fe₂O₃的分别为xmol、ymol，则(X+3Y)/(X+2Y)=1.4，整理得x：y=1：2，故FeO和Fe₂O₃的物质的量之比为1：2；②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，令Fe₃O₄和Fe₂O₃的xmol、ymol，则(4X+3Y)/(3X+2Y)=1.4，整理得x：y=1：1，故Fe₃O₄和Fe₂O₃的物质的量之比为1：1；③若是FeO和Fe₃O₄的混合物，不符合平均组成，不合理；④若是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物，利用极限法判断，若FeO和Fe₂O₃的混合物，Fe₂O₃的含量最高为2/3=66.7%，若为Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，Fe₂O₃的含量最低为1/2=50%，故50%＜Fe₂O₃的物质的量分数＜66.7%，答：①若是FeO和Fe₂O₃的混合物，则它们的物质的量之比为1：2；②若是Fe₃O₄和Fe₂O₃的混合物，则它们的物质的量之比为1：1；③若是FeO和Fe₃O₄的混合物，不合理；④若是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物，50%＜Fe₂O₃的物质的量分数＜66.7%。