Question

（2013?上海二模）铁盐在工业、农业、医药等领域有重要的价值．
（1）将55.600g绿矾（FeSO₄?7H₂O，式量为278）在高温下加热，充分反应后生成Fe₂O₃固体和SO₂、SO₃、水的混合气体，则生成Fe₂O₃的质量为

16

g；SO₂为

0.1

mol．
（2）实验室可用以下方法制备摩尔盐晶体[（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O，式量为392]．
Ⅰ、将4.400g铁屑（含Fe₂O₃）与25mL3mol/L H₂SO₄充分反应后，得到 FeSO₄和H₂SO₄的混合溶液，稀释溶液至100mL，测得其pH=1．
（1）铁屑中Fe₂O₃的质量分数是

36%

（保留两位小数）．
Ⅱ、向上述100mL溶液中加入与该溶液中FeSO₄等物质的量的（NH₄）₂SO₄晶体，待晶体完全溶解后蒸发掉部分水，冷却至t℃，析出摩尔盐晶体12.360g，剩余溶液的质量为82.560g．
（2）t℃时，（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O的溶解度是

22.35

 g/100g水（保留两位小数）．
（3）黄铁矾是难溶于水且不含结晶水的盐，它由两种阳离子和两种阴离子构成．工业上常用生成黄铁矾的方法除去溶液中的Fe²⁺，原理是：用氧化剂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，Fe³⁺的水解产物与溶液中某些离子一起生成黄铁矾沉淀．
实验室模拟工业过程的操作如下：
向1L 0.0500mol/L的稀硫酸中加入16.680g绿矾，完全溶解后，依次加入1.065gNaClO₃（式量106.5）和1.610gNa₂SO₄?10H₂O（式量322），充分反应后，得到9.700g黄铁矾沉淀．所得无色溶液中含有的H⁺为0.16mol，SO₄^2-为0.075mol，Cl^-为0.01mol．
计算并确定黄铁矾的化学式．

Answer 1

分析：（1）根据绿矾和氧化铁、二氧化硫的关系式计算；
Ⅰ、（1）先根据溶液的pH计算剩余硫酸的物质的量，再根据方程式计算氧化铁的质量，根据质量分数公式计算氧化铁的质量分数；
Ⅱ、（2）根据原子守恒计算生成硫酸亚铁的物质的量及莫尔盐的物质的量，根据析出的晶体计算溶液中莫尔盐的质量，再根据溶解度公式计算其溶解度；
（3）根据原子守恒计算黄铁矾中含有的元素，再根据原子守恒计算黄铁矾的摩尔质量，根据其摩尔质量计算含有的氢氧根离子个数，从而得出其化学式．

解答：解：（1）绿矾（FeSO₄?7H₂O，式量为278）在高温下加热分解的方程式为2FeSO₄?7H₂O

高温  .

Fe₂O₃+SO₂+SO₃+7H₂O，
设生成氧化铁的质量是x，二氧化硫的物质的量为y，
2FeSO₄?7H₂O

高温  .

Fe₂O₃+SO₂+SO₃+7H₂O
（278×2）g       160g 1mol
55.600g         x    y
x=

55.600g×160g

(278×2)g

=16g，y=

55.600g×1mol

(278×2)g

=0.1mol，
答：氧化铁的质量是16g，二氧化硫的物质的量是0.1mol；
Ⅰ、（1）根据题意知，溶液中还有酸剩余，剩余的n（H₂SO₄）=0.1mol/L×

1

2

×0.1L=0.005mol，则参加反应的n（H₂SO₄）=0.025L×3mol/L-0.005mol=0.07mol，
设铁的物质的量是m，氧化铁的质量是n，
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
1mol 1mol
（m-n）mol （m-n）mol
Fe+Fe₂O₃+3H₂SO₄=3FeSO₄+3H₂O
1mol 1mol 3mol
nmo  nmol 3nmol
根据固体的质量和硫酸的物质的量列方程组为：

56m+160n=4.400 m-n+3n=0.07

，

m=0.05 n=0.01

铁屑中Fe₂O₃的质量分数=

0.01mol×160g/mol

4.400g

×100%=36%，
故答案为：36%；
Ⅱ、（2）根据以上结合原子守恒知，n（FeSO₄）=n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=（0.05+0.02）mol=0.07mol，根据莫尔盐的化学式知，n（（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O）=n（FeSO₄）=0.07mol，溶液中莫尔盐的质量=0.07mol×392g/mol-12.360g=15.08g，
设莫尔盐的溶解度为x，

x

100

=

15.08

82.56-15.08

，x=22.35，
答：莫尔盐的溶解度是22.35g；
（3）n（H₂SO₄）=1L×0.0500mol/L=0.05mol，n（绿矾）=

16.680g

278g/mol

=0.06mol，n（NaClO₃）=

1.065g

106.5g/mol

=0.01mol，n（Na₂SO₄?10H₂O）=

1.610g

322g/mol

=0.005mol，亚铁离子和氯酸根离子反应生成氯离子和铁离子，根据原子守恒知，
n（Fe³⁺）=n（绿矾）=0.06mol，n（Cl^-）=n（NaClO₃）=0.01mol，n（SO₄^2-）=n（H₂SO₄）+n（绿矾）+n（Na₂SO₄?10H₂O）=0.05mol+0.06mol+0.005mol=0.115mol，所得无色溶液中含有SO₄^2-为0.075mol，所以黄铁矾中n（SO₄^2-）=0.115mol-0.075mol=0.04mol，根据原子守恒知，n（Na⁺）=n（NaClO₃）+2n（Na₂SO₄?10H₂O）=0.01mol+0.01mol=0.02mol，生成的氯离子和溶液中存在的氯离子的物质的量相等，所以黄铁矾中不含氯离子，根据钠离子的物质的量知，黄铁矾的物质的量为0.02mol，所以黄铁矾的摩尔质量=

9.700g

0.02mol

=485g/mol，黄铁矾中钠离子、铁离子和硫酸根离子的物质的量之比=0.02mol：0.06mol：0.04mol=1：3：2，因为铁盐的沉淀，所以黄铁矾中还含有氢氧根离子，设氢氧根的个数是x，
黄铁矾的摩尔质量=（23+56×3+96×2+17x）mol/L=485g/mol，所以x=6，所以其化学式为NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆，
故答案为：NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆．

点评：本题涉及物质的量、质量分数等有关计算，难度较大，注意Ⅰ、（1）中铁不仅和稀硫酸反应，还和铁离子反应，往往容易漏掉该反应而导致错误，为易错点．