Question

2．绿矾（FeSO₄•7H₂O）在化学合成上用作还原剂及催化剂，工业上常用废铁屑溶于一定浓度的硫酸溶液制备绿矾．
（1）98% 1.84g/cm³的浓硫酸在稀释过程中，密度下降，当稀释至50%时，密度为1.4g/cm³，50%的硫酸物质的量浓度为7.14mol•L^-1（保留两位小数），50%的硫酸与30%的硫酸等体积混合，混合酸的浓度为＞（填＞、＜、=）40%．
（2）实际生产用20%发烟硫酸（100克发烟硫酸含SO₃20克）配制稀硫酸，若用SO₃•nH₂O表示20%的发烟硫酸，则n=0.77（保留两位小数）．
（3）某厂废水中含1.00×10^-3mol/L的Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$，其毒性较大．某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr_0.5Fe_1.5FeO₄ （Cr的化合价为+3，Fe的化合价依次为+3、+2）．欲使1L该废水中的Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$完全转化为Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．理论上需要加入2.78g FeSO₄•7H₂O．
（4）硫酸亚铁铵[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗称莫尔盐），较绿矾稳定，在分析化学中常用来配制Fe²⁺的标准溶液，用此Fe²⁺的标准溶液可以测定剩余稀硝酸的量．现取8.64克Cu₂S和CuS的混合物用200mL2mol/L稀硝酸溶液处理，发生反应如下：
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3 SO₄^2-+8NO↑+4H₂O
剩余的稀硝酸恰好与48mL 2mol/L （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应．
已知：NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
试计算混合物中CuS的质量分数（保留两位小数）．

Answer 1

分析 （1）根据c=$\frac{1000ρw}{M}$计算出密度为1.4g/cm³、质量分数为50%的硫酸物质的量浓度；假设密度相同，混合后质量分数为40%，由于硫酸的质量分数越大，溶液中含有的硫酸的质量越大，所以混合后硫酸的质量分数大于40%；
（2）20%发烟硫酸可表示为SO₃•nH₂O，通过整理即为：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根据20%发烟硫酸中H₂SO₄和SO₃的质量关系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解出n即可；
（3）根据Cr原子计算Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物质的量，结合Cr_0.5Fe_1.5FeO₄的物质的量利用Fe原子守恒计算FeSO₄•7H₂O质量；
（4）先根据（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物质的量计算与其反应的硝酸的物质的量，设固体混合物中两固体的质量，根据两固体的质量计算需要的硝酸的物质的量，然后列式计算出两固体的质量，根据质量分数公式计算即可．

解答 解：（1）密度为1.4g/cm³、质量分数为50%的硫酸物质的量浓度为$\frac{1000×1.4×50%}{98}$mol/L≈7.14mol/L；假如50%的硫酸与30%的硫酸密度相同，则混合后硫酸的质量分数为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质量偏大，硫酸的质量分数大于40%，
故答案为：7.14 mol•L^-1；＞；
（2）20%发烟硫酸可表示为SO₃•nH₂O，通过整理即为：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根据20%发烟硫酸中H₂SO₄和SO₃的质量关系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解得n=0.77，
故答案为：0.77；
（3）1 L废水中含n（Cr₂O₇^2-）=1.00×10^-3 mol．根据Cr原子、Fe原子守恒，可得：
Cr₂O₇^2-～～～4Cr0.5Fe1.5FeO₄～～～10FeSO₄•7H₂O，
所以理论上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．
故答案为：2.78；
（4）48mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应需要硝酸的物质的量为：
    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质的量为0.128mol，
故与固体混合物反应的硝酸的物质的量为：0.4mol-0.128mol=0.272mol，
设Cu₂S的物质的量xmol，CuS的物质的量为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的质量分数为$\frac{96g/mol×0.03mol}{8.64g}$×100%≈33.33%，
答：混合物中CuS的质量分数为33.33%．

点评 本题考查物质含量的计算，为高频考点，把握发生的反应及物质的量的关系为解答的关键，侧重分析与计算能力的综合考查，题目难度较大．