Question

19．为了测定某赤铁矿样品（假设其中杂质不溶于水，也不与其他物质反应）中氧化铁的质量分数，小丽同学取一定质量的该矿石样品放入烧杯中，再取180g稀硫酸分三次加入烧杯中，均充分反应，实验数据如下：

物质	第一次	第二次	第三次
加入稀硫酸质量（g）	60.0	60.0	60.0
剩余固体的质量（g）	6.8	3.6	2.0

（1）上述实验中发生反应的化学方程式为Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）根据固体的质量列出求解第二次实验消耗硫酸质量（x）的比例式$\frac{160}{294}$=$\frac{3.2g}{x}$；
（3）用98%的浓硫酸配制200g上述稀硫酸，需要加入水的质量是180g；
（4）若在恰好完全反应时停止加入稀硫酸，过滤，向所得的不饱和滤液中加入42g水，则最终所得的溶液中溶质的质量分数是10.15%；
（5）用150t该矿石可制得含杂质4%的生铁的质量是87.5t．

Answer 1

分析 （1）根据赤铁矿的主要成分为氧化铁，氧化铁与硫酸可发生复分解反应，通过交换成分可形成硫酸铁和水进行分析；
（2）根据表中信息，每60g稀硫酸消耗氧化铁质量为6.8g-3.6g=3.2g，利用反应的化学方程式，可由氧化铁质量计算出硫酸的质量进行分析；
（3）根据稀释溶液时溶质质量不变解答；
（4）根据表中信息，每60g稀硫酸消耗氧化铁质量为6.8g-3.6g=3.2g，第三次60g稀硫酸消耗氧化铁质量为3.6g-2g=1.6g，2g为杂质质量，共消耗稀硫酸的质量为60g+60g+30g=150g，氧化铁质量3.2g×2+1.6g=8g，计算出生成的氯化铁的质量，根据溶质的质量分数计算公式即可解得；
（5）根据反应中铁元素的质量守恒来解答．

解答 解：（1）赤铁矿的主要成分为三氧化二铁，三氧化二铁与硫酸反应生成硫酸铁和水，化学方程式为：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）根据表中信息，每60g稀硫酸消耗氧化铁质量为6.8g-3.6g=3.2g，设第二次消耗稀硫酸溶质质量为x
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O
160    294
3.2g     x
$\frac{160}{294}$=$\frac{3.2g}{x}$
x=5.88g
稀硫酸的溶质质量分数为：$\frac{5.88g}{60g}$×100%=9.8%，
（3）需要加入水的质量是：200g-$\frac{200g×9.8%}{98%}$=180g；
（4）根据表中信息，每60g稀硫酸消耗氧化铁质量为6.8g-3.6g=3.2g，第三次60g稀硫酸消耗氧化铁质量为3.6g-2g=1.6g，2g为杂质质量，共消耗稀硫酸的质量为60g+60g+30g=150g，氧化铁质量3.2g×2+1.6g=8g，生成的氯化铁的质量为y
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O
160           406
 8g            y
$\frac{160}{8g}$=$\frac{406}{y}$
y=20.3g
最终所得的溶液的质量为：8g+150g+42g=200g
则最终所得的溶液中溶质的质量分数是：$\frac{20.3g}{200g}$×100%=10.15%；
（5）根据表中信息可知，氧化铁质量3.2g×2+1.6g=8g，赤铁矿样品的质量为6.8g+3.2g=10g，根据反应中铁元素的质量守恒，10g赤铁矿样品中铁元素的质量为：8g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=5.6g
100t该矿石可制得铁的质量为：150t×$\frac{5.6g}{10g}$=84t，$\frac{84t}{1-4%}$=87.5t．
故答案为：（1）Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）$\frac{294}{160}$=$\frac{x}{3.2g}$；
（3）180；
（4）10%；
（5）87.5t．

点评 这是一道常见的化学综合计算题．解题的关键在于弄清化学反应中反应物、生成物之间的关系，同时要弄清杂质在反应中存在于什么地方．第二问中关于反应后溶液中溶质的质量分数的计算，关键是要弄清反应后溶液是什么溶液．