Question

18．綠礬（FeSO₄•7H₂O）硫酸法生產一種稀有金屬產品過程中產出的副產品，產品外觀為淡綠色或淡黃綠色結晶固體．加入適量可調節(jié)堿性水中的pH，與水中懸浮物有機結合，并加速沉淀，主要應用于水質凈化和工業(yè)廢水處理，同時具有殺菌作用．
（1）98% 1.84g/cm³的濃硫酸在稀釋過程中，密度下降，當稀釋至50%時，密度為1.4g/cm³，50%的硫酸物質的量濃度為7.14mol•L^-1 （保留兩位小數），50%的硫酸與30%的硫酸等體積混合，混合酸的濃度為＞（填＞、＜、=）40%．
（2）實際生產用20%發(fā)煙硫酸（100克發(fā)煙硫酸含SO₃20克）配制稀硫酸，若用SO₃•nH₂O表示20%的發(fā)煙硫酸，則n=0.77（保留兩位小數）．
（3）硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗稱莫爾鹽），較綠礬穩(wěn)定，在分析化學中常用來配制Fe²⁺的標準溶液，用此Fe²⁺的標準溶液可以測定剩余稀硝酸的量．現取8.64克Cu₂S和CuS的混合物用200mL 2mol/L稀硝酸溶液處理，發(fā)生反應如下：
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺═6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
8NO₃^-+3CuS+8H⁺═3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O
剩余的稀硝酸恰好與V mL 2mol/L （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
已知：NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺=NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
①V值范圍42～60mL；
②若V=48，試計算混合物中CuS的質量分數0.33（保留兩位小數）．

Answer 1

分析 （1）根據c=$\frac{1000ρw}{M}$計算出密度為1.4g/cm³、質量分數為50%的硫酸物質的量濃度；假設密度相同，混合后質量分數為40%，由于硫酸的質量分數越大，溶液中含有的硫酸的質量越大，所以混合后硫酸的質量分數大于40%；
（2）20%發(fā)煙硫酸可表示為SO₃•nH₂O，通過整理即為：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根據20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質量關系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解出n即可；
（3）①采用極限法計算與固體混合物反應需要的硝酸的物質的量，剩余的硝酸與（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反應計算需要的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積；
②先根據（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的物質的量計算與其反應的硝酸的物質的量，設固體混合物中兩固體的質量，根據兩固體的質量計算需要的硝酸的物質的量，然后列式計算出兩固體的質量，根據質量分數公式計算即可．

解答 解：（1）密度為1.4g/cm³、質量分數為50%的硫酸物質的量濃度為：$\frac{1000×1.4×50%}{98}$mol/L≈7.14mol/L；假如50%的硫酸與30%的硫酸密度相同，則混合后硫酸的質量分數為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質量偏大，硫酸的質量分數大于40%，
故答案為：7.14；＞；
（2）20%發(fā)煙硫酸可表示為SO₃•nH₂O，通過整理即為：nH₂SO₄•（1-n）SO₃，根據20%發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質量關系可得：98n：80（1-n）=（1-20%）：20%，解得n=0.77，
故答案為：0.77；
（3）①硝酸的物質的量為：0.20L×2mol/L=0.4mol，
假設固體混合物全部為Cu₂S，則n（Cu₂S）=$\frac{8.64g}{160g/mol}$=0.054mol，需要是硝酸的物質的量為x，
10NO₃^-+3Cu₂S+16H⁺→6Cu²⁺+10NO↑+3SO₄^2-+8H₂O
        3      16
     0.054mol  x
x=$\frac{0.054mol×16}{3}$=0.288mol，
剩余的硝酸的物質的量為：0.4mol-0.288mol=0.112mol，
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
      NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
           3mol    4
1×10^-3VL×2mol/L  0.112mol
解得V=42，
假設固體混合物全部為CuS，則n（CuS）=$\frac{8.64g}{96g/mol}$=0.09mol，需要硝酸的物質的量為y，
8NO₃^-+3CuS+8H⁺→3Cu²⁺+3SO₄^2-+8NO↑+4H₂O，
      3    8
   0.09mol  y
y=$\frac{0.09mol×8}{3}$=0.24mol
剩余的硝酸的物質的量為：0.4mol-0.24mol=0.16mol．
0.112mol硝酸和（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
      NO₃^-+3Fe²⁺+4H⁺→NO↑+3Fe³⁺+2H₂O
         3mol     4
1×10^-3VL×2mol/L 0.16mol
解得V=60，
所以V值范圍為：42＜V＜60，
故答案為：42～60mL；  
②若V=48，與48mL（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應需要硝酸的物質的量為：
    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質的量為0.128mol，
故與固體混合物反應的硝酸的物質的量為：0.4mol-0.128mol=0.272mol，
設Cu₂S的物質的量xmol，CuS的物質的量為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    $\frac{8y}{3}$
$\frac{16}{3}$x+$\frac{8}{3}$y=0.272②
由①②解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.036}\\{y=0.03}\end{array}\right.$，
合物中CuS的質量分數為：$\frac{96g/mol×0.03mol}{8.64g}$≈0.33，
故答案為：0.33．

點評 本題考查了物質的量濃度的計算、化學方程式的計算等知識，為高頻考點，側重于學生的分析、計算能力的考查，題目難度較大，涉及的計算量稍大，注意掌握物質的量概念及表達式，明確根據化學方程式進行計算的方法，其中（3）為難點，涉及到極端討論法解題．