Question

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% 1.84 g/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             (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）实际生产用20%发烟硫酸（100克发烟硫酸含SO₃ 20克）配制稀硫酸，若用SO₃·nH₂O表示20%的发烟硫酸，则n=____________(保留两位小数)。

（3）绿矾在空气中容易被部分氧化为硫酸铁，现取7.32克晶体溶于稀盐酸后，加入足量的BaCl₂溶液，过滤得沉淀9.32克；再通入112mL（标准状况）氯气恰好将Fe^2＋完全氧化，推测晶体的化学式为                      。    

（4）硫酸亚铁铵［(NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O］(俗称莫尔盐)，较绿矾稳定，在分析化学中常用来配制Fe²⁺的标准溶液，用此Fe²⁺的标准溶液可以测定剩余稀硝酸的量。现取8.64克Cu₂S和CuS的混合物用200mL2mol/L稀硝酸溶液处理，发生反应如下：

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

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

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

已知：NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O

① V值范围                        ；

② 若V=48，试计算混合物中CuS的质量分数（保留两位小数）。

 

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】

试题分析：（1）设浓硫酸的体积为xmL，1.4x×50%/(98*x*0.001)=7.14 mol·L^－1。设50%的硫酸与30%的硫酸的密度分别为A,B，则易得到溶液的质量分数为(0.5A+0.3B)/(A+B)，因为A>B所以该式大于40%。

（2）发烟硫酸是在98%浓硫酸中继续通入SO₃ ,因为20%指质量分数,20%的发烟硫酸可表示为H₂O·nSO₃ （制备来源），进一步整理即为H₂SO₄·（n-1）SO₃，由该混合物中H₂SO₄（溶剂）和SO₃（溶质）的质量关系可得 98 ：80（n-1）： =(1-20%): 20%，解得n=1.3 ，这样计算后需进行变化， H₂O·1.3SO₃ 变为1/1.3H₂O·SO₃ ，即n=0.77。

（3）根据题意所得沉淀是硫酸钡，9.32克的物质的量为0.04mol,即n(SO₄^2-)=0.04mol，112mL（标准状况）氯气的物质的量为0.005mol,根据Cl₂---2Fe²⁺关系式，求得n(Fe²⁺)=0.01mol，说明原晶体中存在FeSO₄0.01mol，质量为1.52g，n(Fe₂(SO₄)₃)=（0.04-0.01）/3=0.01mol，质量为4g,则结晶水的物质的量为（7.32-1.52-4）/18=0.1mol。三者的物质的量之比为1：1：10，故晶体的化学式为FeSO₄·Fe₂(SO₄)₃·10H₂O。

（4）①200mL2mol/L稀硝酸溶液的物质的量为：0.20L×2mol/L=0.4mol，假设固体混合物全部为Cu₂S，需要的硝酸的物质的量为x，

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

          3        16

 8.64/160=0.054     x

x=0.288mol,则剩余硝酸的物质的量反应掉剩余的硝酸的物质的量为0.4mol-0.228mol=0.112mol，0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应。NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O，根据4H⁺----3Fe^2＋关系式，求得n(Fe^2＋)=0.084mol，则需要 2 mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液的体积V =42ml。按照同样方法再假设固体混合物全部为CuS，需要硝酸的物质的量为x，

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

8         3

x          8.64/96=0.09

x=0.24mol,剩余的硝酸的物质的量为0.4mol-0.24mol=0.16mol，0.16mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应。NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O，根据4H⁺----3Fe^2＋关系式，求得n(Fe^2＋)=0.12mol，则需要 2 mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液的体积V =60ml。故答案为：42＜V＜60；  

②若V=48，与48mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂，则溶液n(Fe^2＋)=0.096mol，完全反应需要硝酸的物质的量为：

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

0.096  0.128

所以硝酸的物质的量为0.128mol，故与固体混合物反应的硝酸的物质的量为0.4mol-0.128mol=0.272mol，设Cu₂S的物质的量为x，CuS的物质的量为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

则混合物中CuS的质量2.88g,则其质量分数=2.88/8.64=0.33答：混合物中CuS的质量分数为33%．

考点：本题主要考查根据方程式进行有关计算，难度较大，注意解答讨论题时采用极限法，根据极限法计算出其取值范围。