Question

2．綠礬（FeSO₄•7H₂O）在化學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7.14mol•L^-1（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(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）．
（3）某廠廢水中含1.00×10^-3mol/L的Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$，其毒性較大．某研究性學習小組為了變廢為寶，將廢水處理得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄ （Cr的化合價為+3，Fe的化合價依次為+3、+2）．欲使1L該廢水中的Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$完全轉化為Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．理論上需要加入2.78g FeSO₄•7H₂O．
（4）硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗稱莫爾鹽），較綠礬穩(wěn)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(fā)生反應如下：
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3 SO₄^2-+8NO↑+4H₂O
剩余的稀硝酸恰好與48mL 2mol/L （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
已知：NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
試計算混合物中CuS的質量分數（保留兩位小數）．

Answer 1

分析 （1）根據c=$\frac{1000ρw}{M}$計算出密度為1.4g/cm³、質量分數為50%的硫酸物質的量濃度；假設密度相同，混合后質量分數為40%，由于硫酸的質量分數越大，溶液中含有的硫酸的質量越大，所以混合后硫酸的質量分數大于40%；
（2）20%發(fā)煙硫酸可表示為SO₃•nH₂O，通過整理即為：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根據20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質量關系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解出n即可；
（3）根據Cr原子計算Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物質的量，結合Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物質的量利用Fe原子守恒計算FeSO₄•7H₂O質量；
（4）先根據（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物質的量計算與其反應的硝酸的物質的量，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硝酸的物質的量，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）密度為1.4g/cm³、質量分數為50%的硫酸物質的量濃度為$\frac{1000×1.4×50%}{98}$mol/L≈7.14mol/L；假如50%的硫酸與30%的硫酸密度相同，則混合后硫酸的質量分數為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量偏大，硫酸的質量分數大于40%，
故答案為：7.14 mol•L^-1；＞；
（2）20%發(fā)煙硫酸可表示為SO₃•nH₂O，通過整理即為：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根據20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質量關系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解得n=0.77，
故答案為：0.77；
（3）1 L廢水中含n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3 mol．根據Cr原子、Fe原子守恒，可得：
Cr₂O₇^2-～～～4Cr0.5Fe1.5FeO₄～～～10FeSO₄•7H₂O，
所以理論上n（FeSO₄•7H₂O）=10n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3 mol×10=0.01 mol，
所以m（FeSO₄•7H₂O）=0.01 mol×278 g/mol=2.78 g．
故答案為：2.78；
（4）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，
所以消耗的硝酸的物質的量為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xmol，CuS的物質的量為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   $\frac{8y}{3}$
 $\frac{16x}{3}$+$\frac{8y}{3}$y=0.272②
由①②解得：x=0.036 mol，y=0.03 mol，
合物中CuS的質量分數為$\frac{96g/mol×0.03mol}{8.64g}$×100%≈33.33%，
答：混合物中CuS的質量分數為33.33%．

點評 本題考查物質含量的計算，為高頻考點，把握發(fā)生的反應及物質的量的關系為解答的關鍵，側重分析與計算能力的綜合考查，題目難度較大．