Question

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______（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=______（保留两位小数）。

（3）某厂废水中含1.00×10^﹣3mol/L的Cr₂O₇^2-，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Cr₂O₇^2-完全转化为Cr_0.5Fe_1.5FeO₄．理论上需要加入______g 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

7.14mol•L﹣1 ＞ 0.77 2.78 33.33%

【解析】

（1）根据计算出密度为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Cr0.5Fe1.5FeO4的物质的量，结合Cr0.5Fe1.5FeO4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。

（1）密度为1.4g/cm3、质量分数为50%的硫酸物质的量浓度为≈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%；

（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；

（3）1L废水中含=1.00×10−3mol，根据Cr原子、Fe原子守恒，可得：～4Cr0.5Fe1.5FeO4～10FeSO4⋅7H2O，

所以理论上n(FeSO4⋅7H2O)=10n()=1.00×10−3mol×10=0.01mol，

所以m(FeSO4⋅7H2O)=0.01mol×278g/mol=2.78g；

（4）48mL(NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应需要硝酸的物质的量为：

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，

 ②

由①②解得：x=0.036 mol，y=0.03 mol，

合物中CuS的质量分数为≈33.33%，因此混合物中CuS的质量分数为33.33%。