Question

綠礬(FeSO₄·7H₂O)硫酸法生產一種稀有金屬產品過程中產出的副產品，產品外觀為淡綠色或淡黃綠色結晶固體。加入適量可調節堿性水中的pH，與水中懸浮物有機結合，并加速沉淀，主要應用于水質凈化和工業廢水處理，同時具有殺菌作用。
（1）98% 1.84 g/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%發煙硫酸(100克發煙硫酸含SO₃ 20克)配制稀硫酸，若用SO₃·nH₂O表示20%的發煙硫酸，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Fe^2＋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200 mL 2 mol/L稀硝酸溶液處理，發生反應如下：
10NO₃^-＋3Cu₂S＋16H^＋=6Cu^2＋＋10NO↑＋3SO₄^2-＋8H₂O
8NO₃^-＋3CuS＋8H^＋=3Cu^2＋＋3 SO₄^2-＋8NO↑+ 4H₂O
剩余的稀硝酸恰好與V mL 2 mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液完全反應。
已知：NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋= NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O
① V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

（1）7.14 mol·L^－1  ; ＞(各2分)   （2）0.77(2分)  
（3）FeSO₄·Fe₂(SO₄)₃·10H₂O (3分)　（4）①42～60mL(3分)；②0.33或1/3(3分)

試題分析：（1）密度為1.4g/cm³，50%的硫酸物質的量濃度為：
c＝=7.14 mol·L^－1，
50%的硫酸與30%的硫酸等體積(假設羰基為1，密度分別是ρ₁和ρ₂)混合，混合酸的濃度為
＞40%。
（2）因為20%發煙硫酸為80克H₂SO₄含SO₃ 20克，，
若用SO₃·nH₂O表示20%的發煙硫酸，則n=0.77。
（3）配制溶液加入足量的BaCl₂溶液，過濾得沉淀9.32克，n(SO₄^2-)==0.04mol；再通入112mL(標準狀況)氯氣恰好將Fe^2＋完全氧化(2Fe^2＋+Cl₂==2Fe³⁺+2Cl^-)，n(Fe²⁺)=2×=0.01mol；由電荷守恒n(Fe³⁺)=0.02mol， 7.32克晶體含有0.01molFeSO₄為1.52g、0.01mol Fe₂(SO₄)₃為4.00g，還有H₂O為1.80g即0.1mol，晶體的化學式FeSO₄·Fe₂(SO₄)₃·10H₂O。
（4）假設固體混合物全部為CuS，則n（CuS）==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=0.24mol
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，
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，
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
16x/3+8y/3=0.272②
由①②解得：x＝0.036; y＝0.03
混合物中CuS的質量分數為：×100%≈33.33%。