Question

18．綠礬（FeSO₄•7H₂O）硫酸法生產(chǎn)一種稀有金屬產(chǎn)品過(guò)程中產(chǎn)出的副產(chǎn)品，產(chǎn)品外觀為淡綠色或淡黃綠色結(jié)晶固體．加入適量可調(diào)節(jié)堿性水中的pH，與水中懸浮物有機(jī)結(jié)合，并加速沉淀，主要應(yīng)用于水質(zhì)凈化和工業(yè)廢水處理，同時(shí)具有殺菌作用．
（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7.14mol•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）實(shí)際生產(chǎn)用20%發(fā)煙硫酸（100克發(fā)煙硫酸含SO₃20克）配制稀硫酸，若用SO₃•nH₂O表示20%的發(fā)煙硫酸，則n=0.77（保留兩位小數(shù)）．
（3）硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗稱(chēng)莫爾鹽），較綠礬穩(wěn)定，在分析化學(xué)中常用來(lái)配制Fe²⁺的標(biāo)準(zhǔn)溶液，用此Fe²⁺的標(biāo)準(zhǔn)溶液可以測(cè)定剩余稀硝酸的量．現(xiàn)取8.64克Cu₂S和CuS的混合物用200mL 2mol/L稀硝酸溶液處理，發(fā)生反應(yīng)如下：
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺═6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
8NO₃^-+3CuS+8H⁺═3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O
剩余的稀硝酸恰好與V mL 2mol/L （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)．
已知：NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺=NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
①V值范圍42～60mL；
②若V=48，試計(jì)算混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.33（保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)c=$\frac{1000ρw}{M}$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）20%發(fā)煙硫酸可表示為SO₃•nH₂O，通過(guò)整理即為：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根據(jù)20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質(zhì)量關(guān)系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解出n即可；
（3）①采用極限法計(jì)算與固體混合物反應(yīng)需要的硝酸的物質(zhì)的量，剩余的硝酸與（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反應(yīng)計(jì)算需要的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積；
②先根據(jù)（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物質(zhì)的量計(jì)算與其反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量，設(shè)固體混合物中兩固體的質(zhì)量，根據(jù)兩固體的質(zhì)量計(jì)算需要的硝酸的物質(zhì)的量，然后列式計(jì)算出兩固體的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式計(jì)算即可．

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；＞；
（2）20%發(fā)煙硫酸可表示為SO₃•nH₂O，通過(guò)整理即為：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根據(jù)20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質(zhì)量關(guān)系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解得n=0.77，
故答案為：0.77；
（3）①硝酸的物質(zhì)的量為：0.20L×2mol/L=0.4mol，
假設(shè)固體混合物全部為Cu₂S，則n（Cu₂S）=$\frac{8.64g}{160g/mol}$=0.054mol，需要是硝酸的物質(zhì)的量為x，
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
        3      16
     0.054mol  x
x=$\frac{0.054mol×16}{3}$=0.288mol，
剩余的硝酸的物質(zhì)的量為：0.4mol-0.288mol=0.112mol，
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)．
      NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
           3mol    4
1×10^-3VL×2mol/L  0.112mol
解得V=42，
假設(shè)固體混合物全部為CuS，則n（CuS）=$\frac{8.64g}{96g/mol}$=0.09mol，需要硝酸的物質(zhì)的量為y，
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，
      3    8
   0.09mol  y
y=$\frac{0.09mol×8}{3}$=0.24mol
剩余的硝酸的物質(zhì)的量為：0.4mol-0.24mol=0.16mol．
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)．
      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，
故答案為：42～60mL；  
②若V=48，與48mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應(yīng)需要硝酸的物質(zhì)的量為：
    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質(zhì)的量為0.128mol，
故與固體混合物反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為：0.4mol-0.128mol=0.272mol，
設(shè)Cu₂S的物質(zhì)的量xmol，CuS的物質(zhì)的量為ymol，160x+96y=8.64g①．
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺=6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
       3     16
       x     $\frac{16x}{3}$
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，
      3    8
      y    $\frac{8y}{3}$
$\frac{16}{3}$x+$\frac{8}{3}$y=0.272②
由①②解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.036}\\{y=0.03}\end{array}\right.$，
合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{96g/mol×0.03mol}{8.64g}$≈0.33，
故答案為：0.33．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的量濃度的計(jì)算、化學(xué)方程式的計(jì)算等知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、計(jì)算能力的考查，題目難度較大，涉及的計(jì)算量稍大，注意掌握物質(zhì)的量概念及表達(dá)式，明確根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算的方法，其中（3）為難點(diǎn)，涉及到極端討論法解題．