工业上常用废铁屑溶于一定浓度的硫酸溶液制备绿矾( FeSO4•7H2O ).
(1)若用98% 1.84g/cm3的浓硫酸配制生产用28%的硫酸溶液,则浓硫酸与水的体积比约为1:______.
(2)为测定某久置于空气的绿矾样品中Fe2+的氧化率,某同学设计如下实验:取一定量的样品溶于足量的稀硫酸中,然后加入5.00g铁粉充分反应,收集到224mL(标准状况)气体,剩余固体质量为3.88g,测得反应后的溶液中Fe2+的物质的量为0.14mol(不含Fe3+).则该样品中Fe2+离子的氧化率为______.
(3)硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O](俗称莫尔盐),较绿矾稳定,在氧化还原滴定分析中常用来配制Fe2+的标准溶液.现取0.4g Cu2S和CuS的混合物在酸性溶液中用40mL 0.150mol/L KMnO4溶液处理,发生反应如下:
8MnO4-+5Cu2S+44H+=10Cu2++5SO2+8Mn2++22H2O,6MnO4-+5CuS+28H+=5Cu2++5SO2+6Mn2++14H2O,反应后煮沸溶液,赶尽SO2,剩余的KMnO4恰好与V mL 0.2mol/L (NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应.已知:MnO4-+Fe2++H+--Mn2++Fe3++H2O(未配平)①V的取值范围为______;②若V=35,试计算混合物中CuS的质量分数.
(1)设浓硫酸的体积为xmL,水的体积为ymL;稀释前后硫酸的质量不变,
所以
×100%=28%,解得x:y=1:4.6,故答案为:4.6;1.84x×98% 1.84x+1.0y
(2)设与酸反应生成氢气需要的铁的质量为x,生成的硫酸亚铁的物质的量为y,
Fe+2H+=Fe 2++H2 ↑
56g 1mol 22.4L
x y 0.224L
解得x=0.56g,y=0.01mol,
与Fe3+反应需要的铁的质量为5.00g-3.88g-0.56g=0.56g,
与铁反应需要的三价铁离子的物质的量为m,生成的二价铁离子的物质的量为n,
Fe+2Fe3+=3Fe2+
56g 2mol 3mol
0.56g m n
解得m=0.02mol,n=0.03mol,
所以原来溶液中二价铁离子的物质的量为0.14mol-0.01mol-0.03mol=0.1mol,
所以氧化率为
=16.7%,0.02mol 0.1mol+0.02mol
故答案为:16.7%;
(3)①高锰酸钾的物质的量为:0.040L×0.150mol/L=0.006mol,
假设固体混合物全部为Cu2S,需要高锰酸钾的物质的量为x,
8MnO4-+5Cu2S+44H+=10Cu2++5SO2+8Mn2++22H2O
8 5
x 0.4g 160g
x=0.004mol
剩余的高锰酸钾的物质的量为0.006mol-0.004mol=0.002mol,
0.002mol高锰酸钾和(NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应.
MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O
1mol 5mol
0.002mol 1×10-3VL×0.2mol/L
解得V=50,
假设固体混合物全部为CuS,需要高锰酸钾的物质的量为y,
6MnO4-+5CuS+28H+=5Cu2++5SO2+6Mn2++14H2O
6 5
y 0.4g 96g
y=0.005mol
剩余的高锰酸钾的物质的量为0.006mol-0.005mol=0.001mol.
0.001mol高锰酸钾和(NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应.
MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O
1mol 5mol
0.001mol 1×10-3VL×0.2mol/L
解得V=25,
故答案为:25<V<50;
②若V=35,与35mL(NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应需要高锰酸钾的物质的量为:
MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O
1mol 5mol
0.014mol 0.035L×0.2mol/L
所以高锰酸钾的物质的量为0.0014mol,
故与固体混合物反应的高锰酸钾的物质的量为0.006mol-0.0014mol=0.0046mol,
设Cu2S的质量为xg,CuS的质量为yg,x+y=0.40g.
8MnO4-+5Cu2S+44H+=10Cu2++5SO2+8Mn2++22H2O
8mol 800g
0.01xmol xg
6MnO4-+5CuS+28H+=5Cu2++5SO2+6Mn2++14H2O
6mol 480g
0.0125ymol yg
x+y=0.4 0.01xmol+0.0125ymol=0.0046mol
解得x=0.16 y=0.24
则混合物中CuS的质量分数=
×100%=60%,0.24g 0.4g
答:混合物中CuS的质量分数为60%.