Question

1．綠礬（FeSO₄•7H₂O）在化學(xué)合成上用作還原劑及催化劑．工業(yè)上常用廢鐵屑溶于一定濃度的硫酸溶液制備綠礬．
（1）98% 1.84g/cm³的濃硫酸在稀釋過(guò)程中，密度下降，當(dāng)稀釋至50%時(shí)，密度為1.4g/cm³，50%的硫酸物質(zhì)的量濃度為7.14 mol•L^-1（保留兩位小數(shù)），50%的硫酸與30%的硫酸等體積混合，混合酸的濃度為＞（填＞、＜、=）40%．
（2）將111.2g綠礬（FeSO₄?7H₂O，式量為278）在高溫下加熱，充分反應(yīng)后生成Fe₂O₃固體和SO₂、SO₃、水的混合氣體，則生成Fe₂O₃的質(zhì)量為32g；SO₂為0.2mol．
實(shí)驗(yàn)室可用以下方法制備摩爾鹽晶體．
（3）將4.88g鐵屑（含F(xiàn)e₂O₃）與25mL3mol/L H₂SO₄充分反應(yīng)后，得到 FeSO₄和H₂SO₄的混合溶液，稀釋溶液至100mL，測(cè)得其pH=1．鐵屑中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.66（或66%）（保留兩位小數(shù)）．
（4）向上述100mL溶液中加入與該溶液中FeSO₄等物質(zhì)的量的（NH₄）₂SO₄晶體，待晶體完全溶解后蒸發(fā)掉部分水，冷卻至t℃，析出摩爾鹽晶體12.360g，剩余溶液的質(zhì)量為82.560g．t℃時(shí)，計(jì)算（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的溶解度22.35g．（保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)c=$\frac{1000ρω}{M}$計(jì)算出密度為1.4g/cm³、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硫酸物質(zhì)的量濃度；假設(shè)密度相同，混合后質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，由于硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，溶液中含有的硫酸的質(zhì)量越大，所以混合后硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%；
（2）發(fā)生2FeSO₄?7H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂+SO₃+7H₂O，結(jié)合n=$\frac{m}{M}$及反應(yīng)計(jì)算；
（3）先根據(jù)溶液的pH計(jì)算剩余硫酸的物質(zhì)的量，再根據(jù)方程式計(jì)算氧化鐵的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式計(jì)算氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（4）根據(jù)原子守恒計(jì)算生成硫酸亞鐵的物質(zhì)的量及莫爾鹽的物質(zhì)的量，根據(jù)析出的晶體計(jì)算溶液中莫爾鹽的質(zhì)量，再根據(jù)$\frac{S}{100}$計(jì)算其溶解度．

解答 解：（1）密度為1.4g/cm³、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硫酸物質(zhì)的量濃度為$\frac{1000×1.4×50%}{98}$mol/L≈7.14mol/L；假如50%的硫酸與30%的硫酸密度相同，則混合后硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為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質(zhì)量偏大，硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%，
故答案為：7.14 mol•L^-1；＞；
（2）n（FeSO₄?7H₂O）=$\frac{111.2g}{278g/mol}$=0.4mol，由2FeSO₄?7H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂+SO₃+7H₂O可知，生成Fe₂O₃的質(zhì)量為0.4mol×$\frac{1}{2}$×160g/mol=32g，SO₂為0.4mol×$\frac{1}{2}$=0.2mol，
故答案為：32；0.2；
（3）根據(jù)題意知，稀釋溶液至100mL，測(cè)得其pH=1，溶液中還有酸剩余，剩余的n（H₂SO₄）=0.1mol/L×$\frac{1}{2}$×0.1L=0.005mol，則參加反應(yīng)的n（H₂SO₄）=0.025L×3mol/L-0.005mol=0.07mol，
設(shè)鐵的物質(zhì)的量是m，氧化鐵的質(zhì)量是n，
Fe+Fe₂O₃+3H₂SO₄=3FeSO₄+3H₂O
1mol 1mol 3mol
nmol nmol 3nmol
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
1mol     1mol
（m-n）mol （m-n）mol
根據(jù)固體的質(zhì)量和硫酸的物質(zhì)的量可知，$\left\{\begin{array}{l}{56m+160n=4.88}\\{m-n+3n=0.07}\end{array}\right.$，解得n=0.02mol，m=0.03mol，
鐵屑中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{0.02mol×160g/mol}{4.88g}$×100%=0.66（或66%），
故答案為：0.66（或66%）；
（4）根據(jù)以上結(jié)合原子守恒知，n（FeSO₄）=n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=（0.03+0.04）mol=0.07mol，根據(jù)莫爾鹽的化學(xué)式知，n[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]=n（FeSO₄）=0.07mol，溶液中莫爾鹽的質(zhì)量為0.07mol×392g/mol-12.360g=15.08g，
設(shè)莫爾鹽的溶解度為x，則$\frac{x}{100}$=$\frac{15.08g}{82.560g-15.08g}$，解得x=22.35g，
故答案為：22.35g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等有關(guān)計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，注意（2）中鐵不僅和稀硫酸反應(yīng)還和鐵離子反應(yīng)，往往容易漏掉該反應(yīng)而導(dǎo)致錯(cuò)誤，為易錯(cuò)點(diǎn)，側(cè)重分析與計(jì)算能力的綜合考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．