问题 填空题

绿矾(FeSO4·7H2O)在化学合成上用作还原剂及催化剂,工业上常用废铁屑溶于一定浓度的硫酸溶液制备绿矾。

(1)98% 1.84 g/cm3的浓硫酸在稀释过程中,密度下降,当稀释至50%时,密度为1.4g/cm3,50%的硫酸物质的量浓度为            (保留两位小数),50%的硫酸与30%的硫酸等体积混合,混合酸的浓度为          (填>、<、=)40%。

(2)实际生产用20%发烟硫酸(100克发烟硫酸含SO3 20克)配制稀硫酸,若用SO3·nH2O表示20%的发烟硫酸,则n=____________(保留两位小数)。

(3)绿矾在空气中容易被部分氧化为硫酸铁,现取7.32克晶体溶于稀盐酸后,加入足量的BaCl2溶液,过滤得沉淀9.32克;再通入112mL(标准状况)氯气恰好将Fe2完全氧化,推测晶体的化学式为                     。    

(4)硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O](俗称莫尔盐),较绿矾稳定,在分析化学中常用来配制Fe2+的标准溶液,用此Fe2+的标准溶液可以测定剩余稀硝酸的量。现取8.64克Cu2S和CuS的混合物用200mL2mol/L稀硝酸溶液处理,发生反应如下:

10NO3-+3Cu2S+16H→6Cu2+10NO↑+3SO42-+8H2O

8NO3-+3CuS+8H→ 3Cu2+3 SO42-+8NO↑+ 4H2O

剩余的稀硝酸恰好与V mL 2 mol/L (NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应。

已知:NO3-+3Fe2+4H→ NO↑+3Fe3++2H2O

① V值范围                       

② 若V=48,试计算混合物中CuS的质量分数(保留两位小数)。

答案

(1)7.14 mol·L-1  ; > (2分+2分)

(2)0.77(2分)

(3)FeSO4·Fe2(SO4)3·10H2O(2分)

(4)①42~60mL(3分); ②0.33(3分)

题目分析:(1)设浓硫酸的体积为xmL,1.4x×50%/(98*x*0.001)=7.14 mol·L-1。设50%的硫酸与30%的硫酸的密度分别为A,B,则易得到溶液的质量分数为(0.5A+0.3B)/(A+B),因为A>B所以该式大于40%。

(2)发烟硫酸是在98%浓硫酸中继续通入SO3 ,因为20%指质量分数,20%的发烟硫酸可表示为H2O·nSO3(制备来源),进一步整理即为H2SO4·(n-1)SO3,由该混合物中H2SO4(溶剂)和SO3(溶质)的质量关系可得 98 :80(n-1): ="(1-20%):" 20%,解得n="1.3" ,这样计算后需进行变化, H2O·1.3SO3变为1/1.3H2O·SO3,即n=0.77。

(3)根据题意所得沉淀是硫酸钡,9.32克的物质的量为0.04mol,即n(SO42-)=0.04mol,112mL(标准状况)氯气的物质的量为0.005mol,根据Cl2---2Fe2+关系式,求得n(Fe2+)=0.01mol,说明原晶体中存在FeSO40.01mol,质量为1.52g,n(Fe2(SO4)3)=(0.04-0.01)/3=0.01mol,质量为4g,则结晶水的物质的量为(7.32-1.52-4)/18=0.1mol。三者的物质的量之比为1:1:10,故晶体的化学式为FeSO4·Fe2(SO4)3·10H2O。

(4)①200mL2mol/L稀硝酸溶液的物质的量为:0.20L×2mol/L=0.4mol,假设固体混合物全部为Cu2S,需要的硝酸的物质的量为x,

10NO3-+3Cu2S+16H→6Cu2+10NO↑+3SO42-+8H2O

3        16

8.64/160=0.054     x

x=0.288mol,则剩余硝酸的物质的量反应掉剩余的硝酸的物质的量为0.4mol-0.228mol=0.112mol,0.112mol硝酸和(NH42Fe(SO42溶液完全反应。NO3-+3Fe2+4H→ NO↑+3Fe3++2H2O,根据4H+----3Fe2关系式,求得n(Fe2)=0.084mol,则需要 2 mol/L (NH4)2Fe(SO4)2溶液的体积V =42ml。按照同样方法再假设固体混合物全部为CuS,需要硝酸的物质的量为x,

8NO3-+3CuS+8H→ 3Cu2+3 SO42-+8NO↑+ 4H2O

8         3

x          8.64/96=0.09

x=0.24mol,剩余的硝酸的物质的量为0.4mol-0.24mol=0.16mol,0.16mol硝酸和(NH42Fe(SO42溶液完全反应。NO3-+3Fe2+4H→ NO↑+3Fe3++2H2O,根据4H+----3Fe2关系式,求得n(Fe2)=0.12mol,则需要 2 mol/L (NH4)2Fe(SO4)2溶液的体积V =60ml。故答案为:42<V<60;  

②若V=48,与48mL(NH42Fe(SO42,则溶液n(Fe2)=0.096mol,完全反应需要硝酸的物质的量为:

NO3-+3Fe2+4H→ NO↑+3Fe3++2H2O  1mol    5mol

0.096  0.128

所以硝酸的物质的量为0.128mol,故与固体混合物反应的硝酸的物质的量为0.4mol-0.128mol=0.272mol,设Cu2S的物质的量为x,CuS的物质的量为y,160x+96y=8.64g.。

10NO3-+3Cu2S+16H→6Cu2+10NO↑+3SO42-+8H2O

x    16x/3

8NO3-+3CuS+8H→ 3Cu2+3 SO42-+8NO↑+ 4H2O

y     8y/3

16x/3+8y/3=0.272mol ,解得y=0.03

则混合物中CuS的质量2.88g,则其质量分数=2.88/8.64=0.33答:混合物中CuS的质量分数为33%.

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