Question

17．在加热条件下，铁与浓硫酸发生反应的化学方程式为2Fe+6H₂SO₄（浓）$\stackrel{加热}{→}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，完成下列计算．
（1）56g铁与足量的浓硫酸完全反应，生成标准状况下SO₂33.6L
（2）将22.4L（标准状况）SO₂气体通入水中形成2L溶液，假设SO₂的转化率为50%，则所得溶液中H₂SO₃ 的物质的量浓度为0.25mol/L；
（3）若铁过量时，过量的铁与稀硫酸、Fe₂（SO₄）₃溶液均能继续反应，产物有FeSO₄和H₂，现将铁投入到一定量淀粉浓硫酸中，恰好完全反应，共收集到SO₂和H₂ 4.48L（标准状况），向溶液中滴加KSCN 溶液溶液不变色，溶液中金属阳离子的物质的量为0.2mol，求参加反应的H₂SO₄质量．

Answer 1

分析 （1）根据n=$\frac{m}{M}$计算56g铁的物质的量，再根据方程式计算SO₂的物质的量，根据V=nV_m计算SO₂的体积；
（2）22.4L（标准状况）SO₂气体物质的量为1mol，二氧化硫和水反应生成三氧化硫，SO₂的转化率为50%，转化0.5mol，根据物质的量浓度c=$\frac{n}{V}$计算；
（3）SO₂和H₂ 4.48L（标准状况）物质的量为0.2mol，向溶液中滴加KSCN 溶液溶液不变色，说明无铁离子，溶液中金属阳离子为亚铁离子，物质的量为0.2mol，根据铁原子、硫原子、得失电子守恒以及极限法解答．

解答 解：（1）56gFe的物质的量为n=$\frac{m}{M}$=$\frac{56g}{56g/mol}$=1mol，则：
2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O
2                              3
1mol                        n（SO₂）
所以n（SO₂）=1.5mol，故V（SO₂）=1.5mol×22.4L/mol=33.6L，
故答案为：33.6；
（2）22.4L（标准状况）SO₂气体物质的量为1mol，二氧化硫和水反应SO₂+H₂O?H₂SO₃ ，SO₂的转化率为50%，转化0.5mol，则所得溶液中H₂SO₃ 的物质的量浓度为c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，
故答案为：0.25；
（3）在加热条件下，铁与浓硫酸发生反应的化学方程式为2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，即Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，SO₂和H₂ 4.48L（标准状况）物质的量为0.2mol，向溶液中滴加KSCN 溶液溶液不变色，说明无铁离子，溶液中金属阳离子为亚铁离子，物质的量为0.2mol，溶液中最终含铁的溶质为硫酸亚铁，根据铁原子守恒：n（Fe）=n（FeSO₄）=0.2mol，
Fe的化合价（0→+2）失去电子0.2mol×2=0.4mol，H₂SO₄中H的化合价（+1→0）生成1molH₂，得到2mol电子，H₂SO₄中S的化合价（+6→+4）生成1molSO₂，得到2mol电子，假设标准状况下物质的量为0.2mol全为SO₂，消耗n（H₂SO₄）=n（SO₂）+n（FeSO₄）=0.2mol+0.2mol=0.4mol，假设标准状况下物质的量为0.2mol全为H₂，消耗n（H₂SO₄）=n（SO₂）+n（FeSO₄）=0mol+0.2mol=0.2mol，所以参加反应的H₂SO₄物质的量在0.2mol～0.4mol，根据m=nM计算，质量为0.2mol×98g/mol～0.4mol×98g/mol，即196g～392g，
答：参加反应的H₂SO₄质量为196g～392g．

点评 本题考查根据方程式的计算、氧化还原反应等，熟练应用相关的计算公式以及原子守恒、电子守恒是解题关键，注意（1）（3）为并列问题，不能用（1）数据计算（3），（3）的值为区间值，为易错点，题目难度中等．