Question

9．綠礬（FeSO₄•7H₂O）在化學合成上用作還原劑及催化劑，工業(yè)上常用廢鐵屑溶于一定濃度的硫酸溶液制備綠礬．
（1）98%1.84g/cm³的濃硫酸在稀釋過程中，密度下降，當稀釋至50%時，密度為1.4g/cm³，50%的硫酸物質(zhì)的量濃度為7.14mol•L^-1（保留兩位小數(shù)）．
（2）實際生產(chǎn)用20%發(fā)煙硫酸（100克發(fā)煙硫酸含SO₃20克）配制稀硫酸，若用SO₃•nH₂O表示20%的發(fā)煙硫酸，則n=0.77 （保留兩位小數(shù)）．
（3）綠礬在空氣中容易被部分氧化為硫酸鐵，現(xiàn)取7.32克晶體溶于稀鹽酸后，加入足量的BaCl₂溶液，過濾得沉淀9.32克；再通入112mL（標準狀況）氯氣恰好將Fe²⁺完全氧化，推測晶體的化學式為FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O．
（4）硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗稱莫爾鹽），較綠礬穩(wěn)定，在分析化學中常用來配制Fe²⁺的標準溶液，用此Fe²⁺的標準溶液可以測定剩余稀硝酸的量．現(xiàn)取8.64克Cu₂S和CuS的混合物用200mL2mol/L稀硝酸溶液處理，
發(fā)生反應(yīng)如下：10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O
剩余的稀硝酸恰好與V mL 2mol/L（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)．
已知：NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
①V值范圍42＜V＜60；
②若V=48，試計算混合物中CuS的質(zhì)量分數(shù)（保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)c=$\frac{1000ρω}{M}$計算出密度為1.4g/cm³、質(zhì)量分數(shù)為50%的硫酸物質(zhì)的量濃度；
（2）20%發(fā)煙硫酸可表示為SO₃•nH₂O，通過整理即為：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根據(jù)20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質(zhì)量關(guān)系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解出n即可；
（3）根據(jù)沉淀9.32克為硫酸鋇、氯氣的物質(zhì)的量計算出鐵離子和亞鐵離子的物質(zhì)的量、再根據(jù)質(zhì)量關(guān)系計算出含有的結(jié)晶水的質(zhì)量，最后計算出晶體的化學式；
（4）①采用極限法計算與固體混合物反應(yīng)需要的硝酸的物質(zhì)的量，剩余的硝酸與（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反應(yīng)計算需要的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積；
②先根據(jù)（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物質(zhì)的量計算與其反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量，設(shè)固體混合物中兩固體的質(zhì)量，根據(jù)兩固體的質(zhì)量計算需要的硝酸的物質(zhì)的量，然后列式計算出兩固體的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)公式計算即可．

解答 解：（1）密度為1.4g/cm³、質(zhì)量分數(shù)為50%的硫酸物質(zhì)的量濃度為：$\frac{1000×1.4×50%}{98}$mol/L≈7.14mol/L；故答案為：7.14 mol•L^-1；
（2）20%發(fā)煙硫酸可表示為SO₃•nH₂O，通過整理即為：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根據(jù)20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質(zhì)量關(guān)系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解得n=0.77，
故答案為：0.77；
（3）硫酸鋇的物質(zhì)的量為：$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04mol，即n（FeSO₄）+3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol，標況下112mL氯氣的物質(zhì)的量為：$\frac{112×1{0}^{-3}}{22.4L/mol}$=0.005mol，根據(jù)反應(yīng)關(guān)系式2Fe²⁺～Cl₂可知，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為：n（FeSO₄）=n（Fe²⁺）=2n（Cl₂）0.01mol，則3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol-0.01mol=0.03mol，7.32克晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量為：m（H₂O）=7.32g-152g/mol×0.01mol-400g/mol×0.01mol=1.8g，結(jié)晶水的物質(zhì)的量為：n（H₂O）=$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol，所以綠礬晶體中硫酸亞鐵、硫酸銅、水的物質(zhì)的量之比為0.01mol：0.01mol：0.1mol=1：1：10，所以晶體的化學式為FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O，
故答案為：FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O；
（4）①硝酸的物質(zhì)的量為：0.20L×2mol/L=0.4mol，
假設(shè)固體混合物全部為Cu₂S，則n（Cu₂S）=$\frac{8.64g}{160g/mol}$=0.054mol，需要是硝酸的物質(zhì)的量為x，
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
        3      16
     0.054mol  x
x=$\frac{0.054mol×16}{3}$=0.288mol，
剩余的硝酸的物質(zhì)的量為：0.4mol-0.288mol=0.112mol，
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)．
      NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
           3mol    4
1×10^-3VL×2mol/L  0.112mol
解得V=42，
假設(shè)固體混合物全部為CuS，則n（CuS）=$\frac{8.64g}{96g/mol}$=0.09mol，需要硝酸的物質(zhì)的量為y，
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，
      3    8
   0.09mol  y
y=$\frac{0.09mol×8}{3}$=0.24mol
剩余的硝酸的物質(zhì)的量為：0.4mol-0.24mol=0.16mol．
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)．
      NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
         3mol     4
1×10^-3VL×2mol/L 0.16mol
解得V=60，
所以V值范圍為：42＜V＜60，
故答案為：42＜V＜60；  
②若V=48，與48mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)需要硝酸的物質(zhì)的量為：
    NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
        3mol    4
 0.048L×2mol/L n
解得：n=0.128mol，
所以消耗的硝酸的物質(zhì)的量為0.128mol，
故與固體混合物反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為：0.4mol-0.128mol=0.272mol，
設(shè)Cu₂S的物質(zhì)的量xmol，CuS的物質(zhì)的量為ymol，160x+96y=8.64g①．
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
       3     16
       x     $\frac{16x}{3}$
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，
      3    8
      y   $\frac{8y}{3}$
 $\frac{16}{3}$x+$\frac{8}{3}$y=0.272②
由①②解得：x=0.036    y=0.03，
合物中CuS的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{96g/mol×0.03mol}{8.64g}$×100%≈33.33%，
答：混合物中CuS的質(zhì)量分數(shù)為33.33%．

點評 本題考查了物質(zhì)的量濃度的計算、復(fù)雜化學式的確定、化學方程式的計算等知識，題目難度較大，涉及的計算量稍大，注意掌握物質(zhì)的量概念及表達式，明確根據(jù)化學方程式進行計算的方法，其中（4）為難點，涉及到極端討論法解題．