Question

工业上常用废铁屑溶于一定浓度的硫酸溶液制备绿矾．
（1）若用98% 1.84g/cm³的浓硫酸配制生产用28%的硫酸溶液，则浓硫酸与水的体积比约为1：    ．
（2）为测定某久置于空气的绿矾样品中Fe²⁺的氧化率，某同学设计如下实验：取一定量的样品溶于足量的稀硫酸中，然后加入5.00g铁粉充分反应，收集到224mL（标准状况）气体，剩余固体质量为3.88g，测得反应后的溶液中Fe²⁺的物质的量为0.14mol（不含Fe³⁺）．则该样品中Fe²⁺离子的氧化率为    ．
（3）硫酸亚铁铵[（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]（俗称莫尔盐），较绿矾稳定，在氧化还原滴定分析中常用来配制Fe²⁺的标准溶液．现取0.4g Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用40mL 0.150mol/L KMnO₄溶液处理，发生反应如下：
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺=10Cu²⁺+5SO₂+8Mn²⁺+22H₂O，6MnO₄^-+5CuS+28H⁺=5Cu²⁺+5SO₂+6Mn²⁺+14H₂O，反应后煮沸溶液，赶尽SO₂，剩余的KMnO₄恰好与V mL 0.2mol/L （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应．已知：MnO₄^-+Fe²⁺+H⁺--Mn²⁺+Fe³⁺+H₂O（未配平）①V的取值范围为    ；②若V=35，试计算混合物中CuS的质量分数．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据硫酸的质量守恒计算硫酸和水的体积比；
（2）先根据氢气的体积计算生成氢气需要铁的质量及生成的二价铁离子的物质的量，再根据总减少的铁的质量减去生成氢气需要铁的质量即为与三价铁离子反应需要铁的质量，根据与三价铁离子反应铁的质量计算三价铁离子的物质的量和生成二价铁离子的物质的量，总二价铁离子的物质的量减去上述二价铁离子的物质的量即为原溶液中二价铁离子的物质的量，三价铁离子的物质的量与原溶液中二价铁离子和三价铁离子之和的比值即为氧化率；
（3）①采用极限法计算与固体混合物反应需要的高锰酸钾的物质的量，剩余的高锰酸钾与（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反应计算需要的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的体积；
②先根据（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物质的量计算与其反应的高锰酸钾的物质的量，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高锰酸钾的物质的量，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）设浓硫酸的体积为xmL，水的体积为ymL；稀释前后硫酸的质量不变，
所以，解得x：y=1：4.6，故答案为：4.6；
（2）设与酸反应生成氢气需要的铁的质量为x，生成的硫酸亚铁的物质的量为y，
      Fe+2H⁺=Fe ²⁺+H₂ ↑
     56g    1mol   22.4L
     x       y      0.224L
解得x=0.56g，y=0.01mol，
与Fe³⁺反应需要的铁的质量为5.00g-3.88g-0.56g=0.56g，
与铁反应需要的三价铁离子的物质的量为m，生成的二价铁离子的物质的量为n，
Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
56g 2mol  3mol
0.56g m    n
解得m=0.02mol，n=0.03mol，
所以原来溶液中二价铁离子的物质的量为0.14mol-0.01mol-0.03mol=0.1mol，
所以氧化率为，
 故答案为：16.7%；
（3）①高锰酸钾的物质的量为：0.040L×0.150mol/L=0.006mol，
假设固体混合物全部为Cu₂S，需要高锰酸钾的物质的量为x，
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺=10Cu²⁺+5SO₂+8Mn²⁺+22H₂O
8      5
x     
x=0.004mol
剩余的高锰酸钾的物质的量为0.006mol-0.004mol=0.002mol，
0.002mol高锰酸钾和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应．
  MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
1mol    5mol
0.002mol  1×10^-3VL×0.2mol/L
解得V=50，
假设固体混合物全部为CuS，需要高锰酸钾的物质的量为y，
6MnO₄^-+5CuS+28H⁺=5Cu²⁺+5SO₂+6Mn²⁺+14H₂O
6     5
y    
y=0.005mol
剩余的高锰酸钾的物质的量为0.006mol-0.005mol=0.001mol．
0.001mol高锰酸钾和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应．
MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
1mol       5mol
0.001mol   1×10^-3VL×0.2mol/L
解得V=25，
故答案为：25＜V＜50；  
 ②若V=35，与35mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反应需要高锰酸钾的物质的量为：
    MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
  1mol    5mol
0.014mol  0.035L×0.2mol/L
所以高锰酸钾的物质的量为0.0014mol，
故与固体混合物反应的高锰酸钾的物质的量为0.006mol-0.0014mol=0.0046mol，
设Cu₂S的质量为xg，CuS的质量为yg，x+y=0.40g．
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺=10Cu²⁺+5SO₂+8Mn²⁺+22H₂O
8mol    800g
0.01xmol xg
 6MnO₄^-+5CuS+28H⁺=5Cu²⁺+5SO₂+6Mn²⁺+14H₂O
 6mol   480g
0.0125ymol  yg


解得
则混合物中CuS的质量分数=，
答：混合物中CuS的质量分数为60%．
点评：本题考查了根据方程式进行有关计算，难度较大，注意解答讨论题时采用极限法，根据极限法计算出其取值范围．