Question

綠礬（FeSO₄·7H₂O）在化學合成上用作還原劑及催化劑，工業上常用廢鐵屑溶于一定濃度的硫酸溶液制備綠礬。
（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200mL2mol/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  ; > （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）

試題分析：（1）設濃硫酸的體積為xmL，1.4x×50%/(98*x*0.001)=7.14 mol·L^－1。設50%的硫酸與30%的硫酸的密度分別為A,B，則易得到溶液的質量分數為(0.5A+0.3B)/(A+B)，因為A>B所以該式大于40%。
（2）發煙硫酸是在98%濃硫酸中繼續通入SO₃ ,因為20%指質量分數,20%的發煙硫酸可表示為H₂O·nSO₃（制備來源），進一步整理即為H₂SO₄·（n-1）SO₃，由該混合物中H₂SO₄（溶劑）和SO₃（溶質）的質量關系可得 98 ：80（n-1）： ="(1-20%):" 20%，解得n="1.3" ，這樣計算后需進行變化， H₂O·1.3SO₃變為1/1.3H₂O·SO₃，即n=0.77。
（3）根據題意所得沉淀是硫酸鋇，9.32克的物質的量為0.04mol,即n(SO₄^2-)=0.04mol，112mL（標準狀況）氯氣的物質的量為0.005mol,根據Cl₂---2Fe²⁺關系式，求得n(Fe²⁺)=0.01mol，說明原晶體中存在FeSO₄0.01mol，質量為1.52g，n(Fe₂(SO₄)₃)=（0.04-0.01）/3=0.01mol，質量為4g,則結晶水的物質的量為（7.32-1.52-4）/18=0.1mol。三者的物質的量之比為1：1：10，故晶體的化學式為FeSO₄·Fe₂(SO₄)₃·10H₂O。
（4）①200mL2mol/L稀硝酸溶液的物質的量為：0.20L×2mol/L=0.4mol，假設固體混合物全部為Cu₂S，需要的硝酸的物質的量為x，
10NO₃^-＋3Cu₂S＋16H^＋→6Cu^2＋＋10NO↑＋3SO₄^2-＋8H₂O
3        16
8.64/160=0.054     x
x=0.288mol,則剩余硝酸的物質的量反應掉剩余的硝酸的物質的量為0.4mol-0.228mol=0.112mol，0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應。NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O，根據4H⁺----3Fe^2＋關系式，求得n(Fe^2＋)=0.084mol，則需要 2 mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液的體積V =42ml。按照同樣方法再假設固體混合物全部為CuS，需要硝酸的物質的量為x，
8NO₃^-＋3CuS＋8H^＋→ 3Cu^2＋＋3 SO₄^2-＋8NO↑+ 4H₂O
8         3
x          8.64/96=0.09
x=0.24mol,剩余的硝酸的物質的量為0.4mol-0.24mol=0.16mol，0.16mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應。NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O，根據4H⁺----3Fe^2＋關系式，求得n(Fe^2＋)=0.12mol，則需要 2 mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液的體積V =60ml。故答案為：42＜V＜60；  
②若V=48，與48mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂，則溶液n(Fe^2＋)=0.096mol，完全反應需要硝酸的物質的量為：
NO₃^-＋3Fe^2＋＋4H^＋→ NO↑＋3Fe³⁺＋2H₂O  1mol    5mol
0.096  0.128
所以硝酸的物質的量為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的物質的量為x，CuS的物質的量為y，160x+96y=8.64g.。
10NO₃^-＋3Cu₂S＋16H^＋→6Cu^2＋＋10NO↑＋3SO₄^2-＋8H₂O
x    16x/3
8NO₃^-＋3CuS＋8H^＋→ 3Cu^2＋＋3 SO₄^2-＋8NO↑+ 4H₂O
y     8y/3
16x/3+8y/3=0.272mol ,解得y=0.03
則混合物中CuS的質量2.88g,則其質量分數=2.88/8.64=0.33答：混合物中CuS的質量分數為33%．