Question

6．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)硫酸亞鐵溶液，進(jìn)而可制備綠礬（ FeSO₄•7H₂O ）、硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗稱莫爾鹽）等重要試劑．生產(chǎn)硫酸亞鐵溶液的工藝流程如下：

回答下列問題：
（1）加入少量NaHCO₃，調(diào)節(jié)溶液pH的目的是除去鋁離子，而不使亞鐵離子形成沉淀．
（2）硫酸亞鐵溶液在空氣中久置容易變質(zhì)，用離子方程式表示其變質(zhì)的原因：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（3）若向所得FeSO₄溶液中加入少量3moL•L^-1H₂SO₄溶液，再加入飽和（NH₄）₂SO₄溶液，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等一系列操作后得到硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗稱莫爾鹽）．硫酸亞鐵銨較綠礬穩(wěn)定，在氧化還原滴定分析中常用來配制Fe²⁺的標(biāo)準(zhǔn)溶液．現(xiàn)取0.352g Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用40.00mL0.150mol•L^-1 KMnO₄溶液處理，發(fā)生反應(yīng)如下：
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺═10Cu²⁺+5SO₂↑+8Mn²⁺+22H₂O
6MnO₄^-+5CuS+28H⁺═5Cu²⁺+5SO₂↑+6Mn²⁺+14H₂O
反應(yīng)后煮沸溶液，剩余的KMnO₄恰好與50.00mL 0.200mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)．
①配平離子方程式：1MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺--1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
②Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用0.150mol•L^-1 KMnO₄溶液處理后，溶液需煮沸的原因是：若不煮沸趕盡SO₂，溶液中的SO₂與KMnO₄溶液反應(yīng)，無法準(zhǔn)確測定混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
③實驗室配制500mL 3moL•L^-1H₂SO₄溶液，需要質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，密度為1.84g•mL^-1硫酸的體積為81.5 mL．（保留1位小數(shù)）
④試計算混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）加入稀硫酸溶液溶解，得到的溶液含有硫酸亞鐵、硫酸鋁，加入碳酸氫鈉攪拌，沉淀鋁離子，過濾得硫酸亞鐵溶液，向所得FeSO₄溶液中加入少量3moL•L^-1H₂SO₄溶液，再加入飽和（NH₄）₂SO₄溶液，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等一系列操作后得到硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，
（1）加入少量NaHCO₃，沉淀鋁離子；
（2）硫酸亞鐵溶液在空氣中久置，亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子；
（3）①KMnO₄與（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反應(yīng)中，Mn元素的化合價降低5，F(xiàn)e元素的化合價升高，升高1，結(jié)合電子、電荷及原子守恒配平；
②由題可知Cu₂S和CuS的混合物與KMnO₄溶液反應(yīng)有二氧化硫氣體生成，SO₂與酸性KMnO₄溶液反應(yīng)，測出的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；
③根據(jù)c=$\frac{1000ρω}{M}$計算出該濃硫酸的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)配制過程中溶質(zhì)硫酸的物質(zhì)的量不變計算出需要濃硫酸的體積；
④根據(jù)金屬化合物的質(zhì)量和金屬化合物與高錳酸鉀反應(yīng)的高錳酸鉀的物質(zhì)的量列方程式組，計算出硫化銅的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算方法計算即可．

解答 解：（1）加入少量NaHCO₃，與促進(jìn)鋁離子水解生成沉淀，除去鋁離子，而不使亞鐵離子形成沉淀；
故答案為：除去鋁離子，而不使亞鐵離子形成沉淀；
（2）硫酸亞鐵溶液在空氣中久置，亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子，離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）①Mn元素的化合價由+7降到+2，降低5價；Fe元素的化合價由+2升高到+3價，升高1價，最小公倍數(shù)為5；再根據(jù)質(zhì)量守恒得到H₂O的系數(shù)為4，H⁺的系數(shù)為8，離子反應(yīng)為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案為：1、5、8、1、5、4；
②二氧化硫具有還原性，高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用溶液處理后，溶液若不煮沸，則溶液中的SO₂與KMnO₄溶液反應(yīng)5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，無法準(zhǔn)確測定混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
故答案為：若不煮沸趕盡SO₂，溶液中的SO₂與KMnO₄溶液反應(yīng)，無法準(zhǔn)確測定混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
③分?jǐn)?shù)為98%、密度為1.84g•cm^-3的濃硫酸的濃度為：c=$\frac{1000×1.84×98%}{98}$mol/L=18.4mol/L，
配制過程中硫酸的物質(zhì)的量不變，則需要該濃硫酸的體積為：$\frac{3mol/L×0.5L}{18.4}$≈0.0815L=81.5mL；
故答案為：81.5；
④電子守恒有：MnO₄^-～5 Fe²⁺，剩余的KMnO₄的物質(zhì)的量為：50.00×10^-3L×0.2 mol•L^-1×1/5=2.00×10^-3 mol，
用0.150 mol•L^-1 KMnO₄溶液處理Cu₂S和CuS的混合物時，反應(yīng)的KMnO₄的物質(zhì)的量為：40 mL×10^-3L×0.150 mol•L^-1-2.00×10^-3 mol=4.00×10^-3 mol，
設(shè)：Cu₂S和CuS的混合物中，Cu₂S的物質(zhì)的量為x，CuS的物質(zhì)的量為y
160g/mmol x+96 g/mmoly=0.352g
8/5 x+6/5y=4.00×10^-3 mol   　　　　　　
解方程組得x=1.00×10^-3 mol     y=2.00×10^-3 mol
混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：m（CuS）/m（總）=（2.00×10^-3 mol×96 g/mmol）/0.352g=54.5%；
答：混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)54.5%．

點評 本題考查了物質(zhì)的制備，側(cè)重考查氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計算，為高頻考點，把握反應(yīng)中元素的化合價變化為解答的關(guān)鍵，側(cè)重氧化還原反應(yīng)計算及轉(zhuǎn)移電子的考查，注意從化合價角度分析，題目難度中等．