Question

將一定量混合均勻的鐵粉和硫粉在隔絕空氣的條件下共熱，充分反應(yīng)后冷卻至室溫，得到固體A。將質(zhì)量為m g的固體A加入到300 mL 2 mol·L^-1鹽酸中使之完全溶解，測得室溫下加入固體A的質(zhì)量與收集到氣體體積（已換成標(biāo)準(zhǔn)狀況下）的關(guān)系如圖所示（假設(shè)所得氫硫酸溶液飽和前無硫化氫氣體逸出）。試分析與計算：

（1）3.2 g固體A中所含的物質(zhì)有__________；各物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為__________，溶于上述鹽酸充分反應(yīng)后，所得溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為（忽略溶液體積變化）__________。

（2）當(dāng)固體A全部溶于上述鹽酸，且A的質(zhì)量m＞3.2 g時，收集到的氣體體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）V＝__________mL（用含m的代數(shù)式表示）。

Answer 1

（1）Fe和FeS  n(Fe)＝0.01 mol、n(FeS)＝0.03 mol  c(H₂S)＝0.1 mol·L^-1、c(FeCl₂)＝0.13 mol·L^-1  （2）(280m－672)

解析：本題以兩個并列化學(xué)反應(yīng)為背景，考查以關(guān)系式為基礎(chǔ)的綜合計算，涉及守恒法和極值法。同時，還考查學(xué)生的識圖能力和運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決化學(xué)問題的能力。

Fe與S隔絕空氣時加熱，其產(chǎn)物除FeS外，還可能有Fe或S過量。當(dāng)產(chǎn)物加入到300 mL 2 mol·L^-1  HCl中時，能夠完全溶解，則說明產(chǎn)物中無S，且HCl過量。又由題目敘述可知有H₂和H₂S生成，則可確定固體A為FeS和過量Fe的混合物。依據(jù)圖中數(shù)據(jù)知固體A的質(zhì)量m≤3.2 g時，收集到的氣體只有H₂，此時H₂S溶于水中，當(dāng)m=3.2 g時，H₂S在水中的溶解達(dá)到飽和。當(dāng)m＞3.2 g時，因H₂S水溶液已經(jīng)飽和，此時多余的H₂S將溢出。具體解答過程為：（1）依據(jù)圖知在固體A的質(zhì)量m=3.2 g時，H₂S在水中的溶解達(dá)到飽和，此時收集到的氣體仍只有H₂。

n(H₂)＝0.224 L/22.4 L·mol^-1 ＝0.01 mol

則：m(Fe)＝0.01 mol×56 g·mol^-1＝0.56 g

m(FeS)＝3.2 g－0.56 g＝2.64 g

故n(FeS)＝2.64 g/88 g·mol^-1＝0.03 mol

c(H₂S)＝n(H₂S)/V(液)＝0.03 mol/0.3 L＝0.1 mol·L^-1

c(FeCl₂)＝n(Fe)/V(液)=（0.01 mol+0.03 mol）/0.3 L＝0.13 mol·L^-1

（2）當(dāng)m＞3.2 g時，由關(guān)系式：Fe～H₂，F(xiàn)eS～H₂S和質(zhì)量守恒知：

固體A和產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為1∶1，則m g固體可產(chǎn)生H₂和H₂S的體積為：m/3.2×896＝280m（mL），其中有672 mL的H₂S溶解在溶液中，所以，實(shí)際收集到的氣體為：（280m－672）mL。