Question

綠礬（FeSO₄·7H₂O）在化學合成上用作還原劑及催化劑，工業(yè)上常用廢鐵屑溶于一定濃度的硫酸溶液制備綠礬。

（1）98% 1.84 g/cm³的濃硫酸在稀釋過程中，密度下降，當稀釋至50%時，密度為1.4g/cm³，50%的硫酸物質的量濃度為             (保留兩位小數(shù))，50%的硫酸與30%的硫酸等體積混合，混合酸的濃度為           （填>、<、=）40%。

（2）實際生產用20%發(fā)煙硫酸（100克發(fā)煙硫酸含SO₃ 20克）配制稀硫酸，若用SO₃·nH₂O表示20%的發(fā)煙硫酸，則n=____________(保留兩位小數(shù))。

（3）綠礬在空氣中容易被部分氧化為硫酸鐵，現(xiàn)取7.32克晶體溶于稀鹽酸后，加入足量的BaCl₂溶液，過濾得沉淀9.32克；再通入112mL（標準狀況）氯氣恰好將Fe^2＋完全氧化，推測晶體的化學式為                      。    

（4）硫酸亞鐵銨［(NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O］(俗稱莫爾鹽)，較綠礬穩(wěn)定，在分析化學中常用來配制Fe²⁺的標準溶液，用此Fe²⁺的標準溶液可以測定剩余稀硝酸的量�，F(xiàn)取8.64克Cu₂S和CuS的混合物用200mL2mol/L稀硝酸溶液處理，發(fā)生反應如下：

10NO₃^-＋3Cu₂S＋16H^＋→6Cu^2＋＋10NO↑＋3SO₄^2-＋8H₂O

8NO₃^-＋3CuS＋8H^＋→ 3Cu^2＋＋3 SO₄^2-＋8NO↑+ 4H₂O

剩余的稀硝酸恰好與V mL 2 mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液完全反應。

已知：NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O

① V值范圍                        ；

② 若V=48，試計算混合物中CuS的質量分數(shù)（保留兩位小數(shù)）。

 

Answer 1

【答案】

（1）7.14 mol·L^－1  ; > （2分+2分）

（2）0.77（2分）

（3）FeSO₄·Fe₂(SO₄)₃·10H₂O （2分）

（4）①42～60mL（3分）；  ②0.33（3分）

【解析】

試題分析：（1）設濃硫酸的體積為xmL，1.4x×50%/(98*x*0.001)=7.14 mol·L^－1。設50%的硫酸與30%的硫酸的密度分別為A,B，則易得到溶液的質量分數(shù)為(0.5A+0.3B)/(A+B)，因為A>B所以該式大于40%。

（2）發(fā)煙硫酸是在98%濃硫酸中繼續(xù)通入SO₃ ,因為20%指質量分數(shù),20%的發(fā)煙硫酸可表示為H₂O·nSO₃ （制備來源），進一步整理即為H₂SO₄·（n-1）SO₃，由該混合物中H₂SO₄（溶劑）和SO₃（溶質）的質量關系可得 98 ：80（n-1）： =(1-20%): 20%，解得n=1.3 ，這樣計算后需進行變化， H₂O·1.3SO₃ 變?yōu)?/1.3H₂O·SO₃ ，即n=0.77。

（3）根據(jù)題意所得沉淀是硫酸鋇，9.32克的物質的量為0.04mol,即n(SO₄^2-)=0.04mol，112mL（標準狀況）氯氣的物質的量為0.005mol,根據(jù)Cl₂---2Fe²⁺關系式，求得n(Fe²⁺)=0.01mol，說明原晶體中存在FeSO₄0.01mol，質量為1.52g，n(Fe₂(SO₄)₃)=（0.04-0.01）/3=0.01mol，質量為4g,則結晶水的物質的量為（7.32-1.52-4）/18=0.1mol。三者的物質的量之比為1：1：10，故晶體的化學式為FeSO₄·Fe₂(SO₄)₃·10H₂O。

（4）①200mL2mol/L稀硝酸溶液的物質的量為：0.20L×2mol/L=0.4mol，假設固體混合物全部為Cu₂S，需要的硝酸的物質的量為x，

10NO₃^-＋3Cu₂S＋16H^＋→6Cu^2＋＋10NO↑＋3SO₄^2-＋8H₂O

          3        16

 8.64/160=0.054     x

x=0.288mol,則剩余硝酸的物質的量反應掉剩余的硝酸的物質的量為0.4mol-0.228mol=0.112mol，0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應。NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O，根據(jù)4H⁺----3Fe^2＋關系式，求得n(Fe^2＋)=0.084mol，則需要 2 mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液的體積V =42ml。按照同樣方法再假設固體混合物全部為CuS，需要硝酸的物質的量為x，

8NO₃^-＋3CuS＋8H^＋→ 3Cu^2＋＋3 SO₄^2-＋8NO↑+ 4H₂O

8         3

x          8.64/96=0.09

x=0.24mol,剩余的硝酸的物質的量為0.4mol-0.24mol=0.16mol，0.16mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應。NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O，根據(jù)4H⁺----3Fe^2＋關系式，求得n(Fe^2＋)=0.12mol，則需要 2 mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液的體積V =60ml。故答案為：42＜V＜60；  

②若V=48，與48mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂，則溶液n(Fe^2＋)=0.096mol，完全反應需要硝酸的物質的量為：

NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O  1mol    5mol

0.096  0.128

所以硝酸的物質的量為0.128mol，故與固體混合物反應的硝酸的物質的量為0.4mol-0.128mol=0.272mol，設Cu₂S的物質的量為x，CuS的物質的量為y，160x+96y=8.64g.。

10NO₃^-＋3Cu₂S＋16H^＋→6Cu^2＋＋10NO↑＋3SO₄^2-＋8H₂O

x    16x/3

8NO₃^-＋3CuS＋8H^＋→ 3Cu^2＋＋3 SO₄^2-＋8NO↑+ 4H₂O

              y     8y/3

16x/3+8y/3=0.272mol ,解得y=0.03

則混合物中CuS的質量2.88g,則其質量分數(shù)=2.88/8.64=0.33答：混合物中CuS的質量分數(shù)為33%．

考點：本題主要考查根據(jù)方程式進行有關計算，難度較大，注意解答討論題時采用極限法，根據(jù)極限法計算出其取值范圍。