Question

6．绿矾（FeSO₄•7H₂O）在化学合成上用作还原剂及催化剂．工业上常用废铁屑溶于一定浓度的硫酸溶液制备绿矾．
（1）98% 1.84g/cm³的浓硫酸在稀释过程中，密度下降，当稀释至50%时，密度为1.4g/cm³，50%的硫酸物质的量浓度为7.14mol•L^-1（保留两位小数），50%的硫酸与30%的硫酸等体积混合，混合酸的浓度为＞（填＞、＜、=）40%．
（2）将111.2g绿矾（FeSO₄?7H₂O，式量为278）在高温下加热，充分反应后生成Fe₂O₃固体和SO₂、SO₃、水的混合气体，则生成Fe₂O₃的质量为32g；SO₂为0.2mol．
实验室可用以下方法制备摩尔盐晶体[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O，式量为392]．
（3）将4.88g铁屑（含Fe₂O₃）与25mL3mol/L H₂SO₄充分反应后，得到 FeSO₄和H₂SO₄的混合溶液，稀释溶液至100mL，测得其pH=1．铁屑中Fe₂O₃的质量分数是0.66（或66%）（保留两位小数）．
（4）向上述100mL溶液中加入与该溶液中FeSO₄等物质的量的（NH₄）₂SO₄晶体，待晶体完全溶解后蒸发掉部分水，冷却至t℃，析出摩尔盐晶体12.360g，剩余溶液的质量为82.560g．t℃时，计算（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的溶解度22.35g．（保留两位小数）．

Answer 1

分析 （1）根据c=$\frac{1000ρw}{M}$计算出密度为1.4g/cm³、质量分数为50%的硫酸物质的量浓度；假设密度相同，混合后质量分数为40%，由于硫酸的质量分数越大，溶液中含有的硫酸的质量越大，所以混合后硫酸的质量分数大于40%；
（2）发生2FeSO₄?7H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂+SO₃+7H₂O，结合n=$\frac{m}{M}$及反应计算；
（3）先根据溶液的pH计算剩余硫酸的物质的量，再根据方程式计算氧化铁的质量，根据质量分数公式计算氧化铁的质量分数；
（4）根据原子守恒计算生成硫酸亚铁的物质的量及莫尔盐的物质的量，根据析出的晶体计算溶液中莫尔盐的质量，再根据$\frac{S}{100}=\frac{溶质}{溶剂}$计算其溶解度．

解答 解：（1）密度为1.4g/cm³、质量分数为50%的硫酸物质的量浓度为$\frac{1000×1.4×50%}{98}$mol/L≈7.14mol/L；假如50%的硫酸与30%的硫酸密度相同，则混合后硫酸的质量分数为40%，由于50%的硫酸的密度大于30%的硫酸，所以混合后溶液中硫酸的质量偏大，硫酸的质量分数大于40%，
故答案为：7.14 mol•L^-1；＞；
（2）n（FeSO₄?7H₂O）=$\frac{111.2g}{278g/mol}$=0.4mol，由2FeSO₄?7H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂+SO₃+7H₂O可知，生成Fe₂O₃的质量为0.4mol×$\frac{1}{2}$×160g/mol=32g，SO₂为0.4mol×$\frac{1}{2}$=0.2mol，故答案为：32；0.2；
（3）根据题意知，稀释溶液至100mL，测得其pH=1，溶液中还有酸剩余，剩余的n（H₂SO₄）=0.1mol/L×$\frac{1}{2}$×0.1L=0.005mol，则参加反应的n（H₂SO₄）=0.025L×3mol/L-0.005mol=0.07mol，
设铁的物质的量是m，氧化铁的质量是n，
 Fe+Fe₂O₃+3H₂SO₄=3FeSO₄+3H₂O
1mol 1mol 3mol
nmo  nmol 3nmol
   Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
   1mol    1mol
（m-n）mol （m-n）mol
根据固体的质量和硫酸的物质的量可知，$\left\{\begin{array}{l}{56m+160n=4.88}\\{m-n+3n=0.07}\end{array}\right.$，解得n=0.02mol，m=0.03mol，
铁屑中Fe₂O₃的质量分数是$\frac{0.02mol×160g/mol}{4.88g}$×100%=0.66（或66%），
故答案为：0.66（或66%）；
（4）根据以上结合原子守恒知，n（FeSO₄）=n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=（0.03+0.04）mol=0.07mol，根据莫尔盐的化学式知，n[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]=n（FeSO₄）=0.07mol，溶液中莫尔盐的质量为0.07mol×392g/mol-12.360g=15.08g，
设莫尔盐的溶解度为x，则$\frac{x}{100}$=$\frac{15.08g}{82.560g-15.08g}$，解得x=22.35g，
故答案为：22.35g．

点评 本题考查物质的量、质量分数等有关计算，为高频考点，注意（2）中铁不仅和稀硫酸反应还和铁离子反应，往往容易漏掉该反应而导致错误，为易错点，侧重分析与计算能力的综合考查，综合性较强，题目难度中等．