Question

用废铁屑与稀硫酸反应，可制得硫酸亚铁。在10⁰C和50⁰C时，FeSO₄在 100 g水中的溶解度分别为20.5 g和 48.6g.常温下，从溶液中析出的晶体是FeSO₄?7H₂O。现取 200 ml 0.500 mol／L H₂SO₄溶液，将 8.00 g废铁屑加入到上述稀H₂SO₄中，并不断搅拌，反应约 15 min后过滤。滤液在80℃经蒸发、浓缩，冷却至10℃后析出FeSO₄?7H₂O晶体。

（1）若加入的废铁不是粉状而是块状，对反应的影响是               。

A．会降低反应速率     B．会减少绿矾产量

C．需要加热才反应     D．将增大反应体系的PH值

（2）反应 15 min后过滤，其目的是                    。

（3）滤液中除 FeSO₄和可能未反应完全的H₂SO₄外，最可能存在的无机杂质是      。它是由        而产生的，其检测的方法是           。

（4）设 H₂SO₄与铁完全反应，当将滤液蒸发浓缩后，冷却至 50⁰C时，溶液的体积约为50.0 ml，该溶液是否达饱和？试通过计算加以说明。（50⁰C时，FeSO₄饱和溶液的密度为1.36 g／cm³）

（5）若要计算在80⁰C下将溶液蒸发至体积为70.0 ml，再冷却至10⁰C时，所得到的FeSO₄ ?7H₂O的质量，你认为           （填编号），并简述所选之理由。答           。

    A．前面提供的数据已经足够

    B．还需要提供 10⁰C时饱和溶液的密度： 1.42 g／cm³

    C．还需要提供 80⁰C时溶液的密度：1.30 g／cm³

    D．还需要提供结晶后剩余溶液的体积：52.0 ml

 (6)根据第（5）小题你的选择项（如选A则直接计算，如选B、C或D则可选用其数据）计算从10⁰C 50.0 ml溶液中结晶析出的FeSO₄?7H₂O的质量。（本大题计算结果保留3位有效数字）

Answer 1

（1）AB (2分)（2）除去过量的铁屑(1分)（3） Fe₂(SO₄)₃ ；废铁屑中含有氧化生成Fe₂O₃（或Fe₃O₄）被H₂SO4溶解生成Fe₂(SO₄)₃。FeSO4被空气氧化生成Fe₂(SO₄)₃；取少许滤液，加KSCN溶液，观察溶液是否变血红色。(3分)

（4）解法一：若反应后得到的FeSO4在50℃时配成饱和溶液，其体积为x则，

x===34.17(mL)<50mL

所以，蒸发后溶液尚未饱和. (3分)

解法二：若该溶液是饱和的，则其所含的 FeSO4溶质的质量为y 则

y==50×1.36×==22.24（g）

按题意 H₂SO4完全反应得到的 FeSO4的质量为：

   0.5 × 200 ×10^-3 ×152 =15.2

因 15.2g＜22.24 g，则溶液尚未达到饱和.

（5）C；（4）中求证 50℃时溶液饱和否，涉及溶解度的计算．用到了1.36 g／cm³

  （50℃时）的密度数据。同理，涉及 80℃时溶解度的计算也要用到 80℃时对应的溶液的密度数据。(3分)

 (6）(3分)解法一：

 ①（5）中所给 80℃时 50.0 ml溶液中含溶剂水的质量为：

   50.0ml ×1.30g/cm³―15.2g=49.8g

②设析出的FeSO4?7H₂O的质量为X，则可列出

     =       x=11.0g

解法二：

 10℃，饱和溶液中FeSO4的质量分数=×100%=17.0%

则(50.0×1.30-x)×+ x×=15.2

         x=11.0 (g)