Question

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．

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% 1.84g/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SO320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200mL 2mol/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++3SO42-+8NO↑+4H2O，剩余的稀硝酸恰好与V mL 2mol/L（NH4）2Fe（SO4）2溶液完全反应．已知：NO3-+3Fe2++4H+→NO↑+3Fe3++2H2O①V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）．

Answer 1

（1）密度为1.4g/cm³、质量分数为50%的硫酸物质的量浓度为：

1000×1.4×50%

98

mol/L≈7.14mol/L；假如50%的硫酸与30%的硫酸密度相同，则混合后硫酸的质量分数为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质量偏大，硫酸的质量分数大于40%，
故答案为：7.14 mol?L^-1；＞；
（2）20%发烟硫酸可表示为SO₃?nH₂O，通过整理即为：nH₂SO₄?（1-n）SO₃，根据20%发烟硫酸中H₂SO₄和SO₃的质量关系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解得n=0.77，
故答案为：0.77；
（3）硫酸钡的物质的量为：

9.32g

233g/mol

=0.04mol，即n（FeSO₄）+3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol，标况下112mL氯气的物质的量为：

112×10-3

22.4L/mol

=0.005mol，根据反应关系式2Fe²⁺～Cl₂可知，硫酸亚铁的物质的量为：n（FeSO₄）=n（Fe²⁺）=2n（Cl₂）0.01mol，则3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol-0.01mol=0.03mol，7.32克晶体中结晶水的质量为：m（H₂O）=7.32g-152g/mol×0.01mol-400g/mol×0.01mol=1.8g，结晶水的物质的量为：n（H₂O）=

1.8g

18g/mol

=0.1mol，所以绿矾晶体中硫酸亚铁、硫酸铜、水的物质的量之比为0.01mol：0.01mol：0.1mol=1：1：10，所以晶体的化学式为：FeSO₄?Fe₂（SO₄）₃?10H₂O，故答案为：FeSO₄?Fe₂（SO₄）₃?10H₂O；
（4））①硝酸的物质的量为：0.20L×2mol/L=0.4mol，
假设固体混合物全部为Cu₂S，则n（Cu₂S）=

8.64g

160g/mol

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

0.054mol×16

3

=0.288mol，
剩余的硝酸的物质的量为：0.4mol-0.288mol=0.112mol，
0.112mol硝酸弊含掘和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应．
      NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
           3mol    4
1×10^-3VL×2mol/L  0.112mol
解得V=42，
假设固体混合物全部为CuS，则n（CuS）=

8.64g

96g/mol

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

0.09mol×8

3

=0.24mol
剩余的硝酸的物质的量为：0.4mol-0.24mol=0.16mol．
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应．
      NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
         3mol     4
1×10^-3VL×2mol/L 0.16mol
解得V=60，
所以V值范围为：42＜V＜60，
故答案为：42＜V＜60；  
②若V=48，与48mL（NH₄）₂Fe（老歼SO₄）₂溶液完全反应需要硝酸的物质的量为：
    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xmol，CuS的物质的量为ymol，160x+96y=8.64g①．
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
       3     16
       x    租核

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的质量分数为：

96g/mol×0.03mol

8.64g

×100%≈33.33%，
故：混合物中CuS的质量分数为33.33%．