Question

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%的硫酸物質的量濃度為

 

（保留兩位小數），50%的硫酸與30%的硫酸等體積混合，混合酸的濃度為

 

（填＞、＜、=）40%．
（2）實際生產用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=

 

（保留兩位小數）．
（3）綠礬在空氣中容易被部分氧化為硫酸鐵，現取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

 

．
（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．現取8.64克Cu₂S和CuS的混合物用200mL 2mol/L稀硝酸溶液處理，發(fā)生反應如下：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．已知：NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
①V值范圍

 

；
②若V=48，試計算混合物中CuS的質量分數（保留兩位小數）．

Answer 1

考點：物質的量濃度的相關計算,化學方程式的有關計算,復雜化學式的確定

專題：計算題

分析：（1）根據c=

1000ρw

M

計算出密度為1.4g/cm³、質量分數為50%的硫酸物質的量濃度；假設密度相同，混合后質量分數為40%，由于硫酸的質量分數越大，溶液中含有的硫酸的質量越大，所以混合后硫酸的質量分數大于40%；
（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20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質量關系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解出n即可；
（3）根據沉淀9.32克為硫酸鋇、氯氣的物質的量計算出鐵離子和亞鐵離子的物質的量、再根據質量關系計算出含有的結晶水的質量，最后計算出晶體的化學式；
（3）①采用極限法計算與固體混合物反應需要的硝酸的物質的量，剩余的硝酸與（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反應計算需要的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積；
②先根據（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物質的量計算與其反應的硝酸的物質的量，設固體混合物中兩固體的質量，根據兩固體的質量計算需要的硝酸的物質的量，然后列式計算出兩固體的質量，根據質量分數公式計算即可．

解答： 解：（1）密度為1.4g/cm³、質量分數為50%的硫酸物質的量濃度為：

1000×1.4×50%

98

mol/L≈7.14mol/L；假如50%的硫酸與30%的硫酸密度相同，則混合后硫酸的質量分數為40%，由于50%的硫酸的密度大于30%的硫酸，所以混合后溶液中硫酸的質量偏大，硫酸的質量分數大于40%，
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20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質量關系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解得n=0.77，
故答案為：0.77；
（3）硫酸鋇的物質的量為：

9.32g

233g/mol

=0.04mol，即n（FeSO₄）+3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol，標況下112mL氯氣的物質的量為：

112×10-3

22.4L/mol

=0.005mol，根據反應關系式2Fe²⁺～Cl₂可知，硫酸亞鐵的物質的量為：n（FeSO₄）=n（Fe²⁺）=2n（Cl₂）0.01mol，則3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol-0.01mol=0.03mol，7.32克晶體中結晶水的質量為：m（H₂O）=7.32g-152g/mol×0.01mol-400g/mol×0.01mol=1.8g，結晶水的物質的量為：n（H₂O）=

1.8g

18g/mol

=0.1mol，所以綠礬晶體中硫酸亞鐵、硫酸銅、水的物質的量之比為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硝酸的物質的量為：0.20L×2mol/L=0.4mol，
假設固體混合物全部為Cu₂S，則n（Cu₂S）=

8.64g

160g/mol

=0.054mol，需要是硝酸的物質的量為x，
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
        3      16
     0.054mol  x
x=

0.054mol×16

3

=0.288mol，
剩余的硝酸的物質的量為：0.4mol-0.288mol=0.112mol，
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
      NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
           3mol    4
1×10^-3VL×2mol/L  0.112mol
解得V=42，
假設固體混合物全部為CuS，則n（CuS）=

8.64g

96g/mol

=0.09mol，需要硝酸的物質的量為y，
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，
      3    8
   0.09mol  y
y=

0.09mol×8

3

=0.24mol
剩余的硝酸的物質的量為：0.4mol-0.24mol=0.16mol．
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
      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溶液完全反應需要硝酸的物質的量為：
    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的量為0.128mol，
故與固體混合物反應的硝酸的物質的量為：0.4mol-0.128mol=0.272mol，
設Cu₂S的物質的量xmol，CuS的物質的量為ymol，160x+96y=8.64g①．
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
       3     16
       x    

16x

3

8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，
      3    8
      y  

8y

3

 

16

3

x+

8

3

y=0.272②
由①②解得：

x=0.036 y=0.03

，
合物中CuS的質量分數為：

96g/mol×0.03mol

8.64g

×100%≈33.33%，
故：混合物中CuS的質量分數為33.33%．

點評：本題考查了物質的量濃度的計算、復雜化學式的確定、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，注意掌握物質的量概念及表達式，明確根據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．