Question

9．绿矾受热分解后的产物为不含硫元素的固体A、SO₂、SO₃和H₂O．回答下列问题：
（1）绿矾受热分解后，铁元素的化合价在分解前后是否发生了变化是（填“是”或“否”），其理由是绿矾分解产物中有SO₂，硫元素化合价降低，必有元素化合价升高．
（2）在FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄三种化合物中，与等质量Fe元素相结合的氧元素的质量比是6：9：8．
（3）将8gFe₂O₃投入150mL某浓度的稀硫酸中，再投入7g铁粉收集到1.68LH₂（标准状况），同时，Fe和Fe₂O₃均无剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀，共消耗4mol/L的NaOH溶液150mL．则原硫酸的物质的量浓度是多少？
（4）由图示可知，m mol铁与过量的硝酸（ρ=1.32g/cm³）反应，反应放出n L气体（体积在标准状况下测定），其还原产物主要是NO₂、NO；此时溶液中Fe元素的存在形式是Fe³⁺，n 的值是多少？

Answer 1

分析 （1）绿矾（ FeSO₄•7H₂O ）中硫的化合价为+6价，反应生成了二氧化硫，化合价降低了，根据氧化还原反应的特征可知，一定有元素的化合价升高，据此判断；（2）由三个化学式可知，铁原子的个数分别为1、2、3，则求得最小公倍数为6，得到如下关系式：6FeO、3Fe2O3、2Fe3O4，即三种化合物中，含有等质量的铁，进行解答；
（3）Fe和Fe₂O₃均无剩余，而硫酸过量，加入氢氧化钠溶液使溶液中铁元素完全沉淀，最终溶液中的溶质是Na₂SO₄，由钠离子守恒可知n（NaOH）=2n（Na₂SO₄），由硫酸根守恒可知n（Na₂SO₄）=n（H₂SO₄），再根据c=$\frac{n}{V}$计算；
（4）依据图象可知，密度为1.32g/cm³的硝酸溶液与铁反应生成的还原产物NO₂、NO的质量分数大约各占50%，设生成的气体的总的物质的量为nmol，依据得失电子守恒计算生成气体的物质的量．

解答 解：（1）绿矾（ FeSO₄•7H₂O ）中硫的化合价为+6价，反应生成了二氧化硫，化合价降低了，根据氧化还原反应的特征可知，一定有元素的化合价升高，所以可以判断有铁元素的化合价在反应过程中升高了，
故答案为：是； 绿矾分解产物中有SO₂，硫元素化合价降低，必有元素化合价升高；
（2）根据最小公倍数法求得：6FeO、3Fe2O3、2Fe3O4，即三种化合物中，含有等质量的铁，由题意可知，与等质量铁元素相结合的氧元素的质量比，就是氧原子的个数比，即为6：9：8，故答案为：6：9：8；
（3）Fe和Fe₂O₃均无剩余，而硫酸过量，加入氢氧化钠溶液使溶液中铁元素完全沉淀，最终溶液中的溶质是Na₂SO₄，由钠离子守恒可知：n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）=0.15L×4mol/L=0.6mol，故n（Na₂SO₄）=0.3mol，由硫酸根守恒可知n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄）=0.3mol，则c（H₂SO₄）=$\frac{0.3mol}{0.15L}$=2 mol•L^-1，故答案为：2 mol•L^-1；
（4）依据图象可知，密度为1.32g/cm³的硝酸溶液与铁反应生成的还原产物NO₂、NO的质量分数大约各占50%，硝酸过量生成铁离子，设生成气体物质的量为nmol，则二氧化氮和一氧化氮各占0.5n，依据得失电子守恒规律得：m×3=0.5×n×1+0.5×n×3，解得n=1.5mmol，标况下的体积为：1.5mmol×22.4L/mol=33.6mL，故答案为：NO₂、NO；Fe³⁺；33.6m（L）．

点评 本题考查物质的量浓度计算、化学方程式有关计算，清楚发生的反应是关键，注意利用守恒思想进行计算，侧重对解题方法与学生思维能力的考查，难度中等．