Question

13．將一定量混合均勻的鐵粉與硫粉在隔絕空氣的條件下共熱，充分反應(yīng)后冷卻至室溫，得到固體A．將質(zhì)量為m的固體A加入到300mL 2mol/L鹽酸中使之完全溶解．測得室溫下加入固體A的質(zhì)量與收集到氣體體積（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）的關(guān)系如圖所示（假設(shè)所得氫硫酸溶液飽和前無硫化氫氣體逸出）．已知：①加入固體A的質(zhì)量m≤3.2g時(shí)，收集到的氣體為H₂；②當(dāng)m＞3.2g時(shí)，收集到的氣體為H₂和H₂S的混合氣體．
（1）隔絕空氣的目的避免鐵粉、硫粉與氧氣反應(yīng)
（2）題中所涉及的反應(yīng)方程式Fe+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeS、FeS+2HCl=H₂S+FeCl₂、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
（3）3.2g固體A中所含的物質(zhì)有Fe、FeS．3.2g固體A中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為n（Fe）=0.01mol、n（FeS）=0.03mol，溶于上述鹽酸充分反應(yīng)后，所得溶液中氫硫酸的物質(zhì)的量濃度為0.1mol•L^-1（忽略溶液體積的變化）．
（4）當(dāng)固體A全部溶于上述鹽酸，且A的質(zhì)量m＞3.2g時(shí)，收集到的氣體體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）V=（280m-672） mL（用含m的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）鐵與硫粉在加熱時(shí)都能夠與空氣中氧氣反應(yīng)；
（2）根據(jù)“當(dāng)m＞3.2g時(shí)，收集到的氣體為H₂和H₂S”可知反應(yīng)后固體為FeS、Fe，則發(fā)生反應(yīng)有：鐵與硫反應(yīng)生成氯化亞鐵，氯化亞鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化氫，鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，據(jù)此寫出反應(yīng)的方程式；
（3）鐵粉與硫粉在隔絕空氣條件下共熱后所生成的產(chǎn)物可能有以下三種情況：一是FeS和S，二是FeS和Fe，三是FeS；產(chǎn)物加入到300 mL 2 mol•L^-1鹽酸中能夠完全溶解，則固體A中不存在單質(zhì)硫（即排除了第一種情況）；當(dāng)m＞3.2 g時(shí)收集到氣體為H₂和H₂S的混合氣，可得出固體A是FeS和Fe的混合物；依據(jù)題圖可知在固體A的質(zhì)量m＜3.2 g時(shí)，收集到的氣體只有H₂，此前所生成的H₂S全部溶于水中，也即當(dāng)m=3.2 g時(shí)，H₂S在水中的溶解達(dá)到飽和狀態(tài)．根據(jù)Fe～H₂可計(jì)算出鐵的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算FeS的質(zhì)量，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算各自物質(zhì)的量，生成H₂S的物質(zhì)的量為n（H₂S）=n（FeS），根據(jù)c=$\frac{n}{V}$氫硫酸的物質(zhì)的量濃度；
（4）當(dāng)m=3.2 g時(shí)，H₂S在水中的溶解達(dá)到飽和．當(dāng)m＞3.2 g時(shí)，因H₂S水溶液已經(jīng)飽和，此時(shí)多余的H₂S將溢出，由關(guān)系式：Fe～H₂，F(xiàn)eS～H₂S和質(zhì)量守恒知：固體A和產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為1：1，據(jù)此結(jié)合（2）中數(shù)據(jù)計(jì)算mg固體可產(chǎn)生H₂和H₂S的體積，減去溶解的硫化氫體積即為收集氣體的體積．

解答 解：（1）為了避免Fe和S在加熱條件下與氧氣反應(yīng)，該反應(yīng)需要在隔絕空氣的條件下進(jìn)行，
故答案為：避免鐵粉、硫粉與氧氣反應(yīng)；
（2）當(dāng)m＞3.2g時(shí)，收集到的氣體為H₂和H₂S，則反應(yīng)后固體為FeS、Fe，則發(fā)生反應(yīng)有：鐵與硫反應(yīng)生成氯化亞鐵：Fe+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeS，氯化亞鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化氫：FeS+2HCl=H₂S+FeCl₂，鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，
故答案為：Fe+S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeS、FeS+2HCl=H₂S+FeCl₂、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
（3）鐵粉與硫粉在隔絕空氣條件下共熱后所生成的產(chǎn)物可能有以下三種情況：一是FeS和S，二是FeS和Fe，三是FeS．由題意，產(chǎn)物加入到300 mL 2 mol•L^-1鹽酸中能夠完全溶解，可得固體A中不存在單質(zhì)硫（即排除了第一種情況）；由題意當(dāng)m＞3.2 g時(shí)，收集到氣體為H₂和H₂S的混合氣，可得出固體A是FeS和Fe的混合物；
依據(jù)題圖可知在固體A的質(zhì)量m＜3.2 g時(shí)，收集到的氣體只有H₂，此前所生成的H₂S全部溶于水中，也即當(dāng)m=3.2 g時(shí)，H₂S在水中的溶解達(dá)到飽和狀態(tài)，n（H₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$0.01 mol，
由Fe～H₂可知：m（Fe）=0.01 mol×56 g•mol^-1=0.56 g
則：m（FeS）=3.2 g-0.56 g=2.64 g，根據(jù)質(zhì)量守恒可得：n（FeS）=$\frac{2.64g}{88g/mol}$=0.03 mol，
則所得溶液中氫硫酸的物質(zhì)的量濃度為：c（H₂S）=$\frac{0.03mol}{0.3L}$=0.1 mol•L^-1
故答案為：Fe、FeS；n（Fe）=0.01mol、n（FeS）=0.03mol；0.1mol•L^-1；
（4）當(dāng)m=3.2 g時(shí)，H₂S在水中的溶解達(dá)到飽和，反應(yīng)生成氫氣與硫化氫總體積為224mL+0.03mol×22.4L/mol×1000mL/L=896mL，
當(dāng)m＞3.2 g時(shí)，因H₂S水溶液已經(jīng)飽和，此時(shí)多余的H₂S將溢出，由關(guān)系式：Fe～H₂，F(xiàn)eS～H₂S和質(zhì)量守恒知：固體A和產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為1：1，則mg固體可產(chǎn)生H₂和H₂S的體積為：$\frac{mg}{3.2g}$×896mL=280m mL，其中有672 mL的H₂S溶解在溶液中，所以實(shí)際收集到的氣體為：（280m-672）mL，
故答案為：（280m-672）．

點(diǎn)評 本題考查混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目難度較大，根據(jù)題干信息明確發(fā)生反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，注意掌握守恒法和極值法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用，試題側(cè)重考查學(xué)生的識圖能力和運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決化學(xué)問題的能力．