Question

（2011?姜堰市二模）工業上常用廢鐵屑溶于一定濃度的硫酸溶液制備綠礬（ FeSO₄?7H₂O ）．
（1）若用98% 1.84g/cm³的濃硫酸配制生產用28%的硫酸溶液，則濃硫酸與水的體積比約為1：

4.6

．
（2）為測定某久置于空氣的綠礬樣品中Fe²⁺的氧化率，某同學設計如下實驗：取一定量的樣品溶于足量的稀硫酸中，然后加入5.00g鐵粉充分反應，收集到224mL（標準狀況）氣體，剩余固體質量為3.88g，測得反應后的溶液中Fe²⁺的物質的量為0.14mol（不含Fe³⁺）．則該樣品中Fe²⁺離子的氧化率為

16.7%

．
（3）硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]（俗稱莫爾鹽），較綠礬穩定，在氧化還原滴定分析中常用來配制Fe²⁺的標準溶液．現取0.4g Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用40mL 0.150mol/L KMnO₄溶液處理，發生反應如下：
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺=10Cu²⁺+5SO₂+8Mn²⁺+22H₂O，6MnO₄^-+5CuS+28H⁺=5Cu²⁺+5SO₂+6Mn²⁺+14H₂O，反應后煮沸溶液，趕盡SO₂，剩余的KMnO₄恰好與V mL 0.2mol/L （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．已知：MnO₄^-+Fe²⁺+H⁺--Mn²⁺+Fe³⁺+H₂O（未配平）①V的取值范圍為

25＜V＜50

；②若V=35，試計算混合物中CuS的質量分數．

Answer 1

分析：（1）根據硫酸的質量守恒計算硫酸和水的體積比；
（2）先根據氫氣的體積計算生成氫氣需要鐵的質量及生成的二價鐵離子的物質的量，再根據總減少的鐵的質量減去生成氫氣需要鐵的質量即為與三價鐵離子反應需要鐵的質量，根據與三價鐵離子反應鐵的質量計算三價鐵離子的物質的量和生成二價鐵離子的物質的量，總二價鐵離子的物質的量減去上述二價鐵離子的物質的量即為原溶液中二價鐵離子的物質的量，三價鐵離子的物質的量與原溶液中二價鐵離子和三價鐵離子之和的比值即為氧化率；
（3）①采用極限法計算與固體混合物反應需要的高錳酸鉀的物質的量，剩余的高錳酸鉀與（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反應計算需要的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積；
②先根據（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物質的量計算與其反應的高錳酸鉀的物質的量，設固體混合物中兩固體的質量，根據兩固體的質量計算需要的高錳酸鉀的物質的量，然后列式計算出兩固體的質量，根據質量分數公式計算即可．

解答：解：（1）設濃硫酸的體積為xmL，水的體積為ymL；稀釋前后硫酸的質量不變，
所以

1.84x×98%

1.84x+1.0y

×100%=28%，解得x：y=1：4.6，故答案為：4.6；
（2）設與酸反應生成氫氣需要的鐵的質量為x，生成的硫酸亞鐵的物質的量為y，
      Fe+2H⁺=Fe ²⁺+H₂ ↑
     56g    1mol   22.4L
     x       y      0.224L
解得x=0.56g，y=0.01mol，
與Fe³⁺反應需要的鐵的質量為5.00g-3.88g-0.56g=0.56g，
與鐵反應需要的三價鐵離子的物質的量為m，生成的二價鐵離子的物質的量為n，
Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
56g 2mol  3mol
0.56g m    n
解得m=0.02mol，n=0.03mol，
所以原來溶液中二價鐵離子的物質的量為0.14mol-0.01mol-0.03mol=0.1mol，
所以氧化率為

0.02mol

0.1mol+0.02mol

=16.7%，
 故答案為：16.7%；
（3）①高錳酸鉀的物質的量為：0.040L×0.150mol/L=0.006mol，
假設固體混合物全部為Cu₂S，需要高錳酸鉀的物質的量為x，
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺=10Cu²⁺+5SO₂+8Mn²⁺+22H₂O
8      5
x     

0.4g

160g

x=0.004mol
剩余的高錳酸鉀的物質的量為0.006mol-0.004mol=0.002mol，
0.002mol高錳酸鉀和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
  MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
1mol    5mol
0.002mol  1×10^-3VL×0.2mol/L
解得V=50，
假設固體混合物全部為CuS，需要高錳酸鉀的物質的量為y，
6MnO₄^-+5CuS+28H⁺=5Cu²⁺+5SO₂+6Mn²⁺+14H₂O
6     5
y    

0.4g

96g

y=0.005mol
剩余的高錳酸鉀的物質的量為0.006mol-0.005mol=0.001mol．
0.001mol高錳酸鉀和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
1mol       5mol
0.001mol   1×10^-3VL×0.2mol/L
解得V=25，
故答案為：25＜V＜50；  
 ②若V=35，與35mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應需要高錳酸鉀的物質的量為：
    MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
  1mol    5mol
0.014mol  0.035L×0.2mol/L
所以高錳酸鉀的物質的量為0.0014mol，
故與固體混合物反應的高錳酸鉀的物質的量為0.006mol-0.0014mol=0.0046mol，
設Cu₂S的質量為xg，CuS的質量為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

則混合物中CuS的質量分數=

0.24g

0.4g

×100%=60%，
答：混合物中CuS的質量分數為60%．

點評：本題考查了根據方程式進行有關計算，難度較大，注意解答討論題時采用極限法，根據極限法計算出其取值范圍．