Question

6．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產硫酸亞鐵溶液，進而可制備綠礬（ FeSO₄•7H₂O ）、硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗稱莫爾鹽）等重要試劑．生產硫酸亞鐵溶液的工藝流程如下：

回答下列問題：
（1）加入少量NaHCO₃，調節(jié)溶液pH的目的是除去鋁離子，而不使亞鐵離子形成沉淀．
（2）硫酸亞鐵溶液在空氣中久置容易變質，用離子方程式表示其變質的原因：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（3）若向所得FeSO₄溶液中加入少量3moL•L^-1H₂SO₄溶液，再加入飽和（NH₄）₂SO₄溶液，經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等一系列操作后得到硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（俗稱莫爾鹽）．硫酸亞鐵銨較綠礬穩(wěn)定，在氧化還原滴定分析中常用來配制Fe²⁺的標準溶液．現取0.352g Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用40.00mL0.150mol•L^-1 KMnO₄溶液處理，發(fā)生反應如下：
8MnO₄^-+5Cu₂S+44H⁺═10Cu²⁺+5SO₂↑+8Mn²⁺+22H₂O
6MnO₄^-+5CuS+28H⁺═5Cu²⁺+5SO₂↑+6Mn²⁺+14H₂O
反應后煮沸溶液，剩余的KMnO₄恰好與50.00mL 0.200mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液完全反應．
①配平離子方程式：1MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺--1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
②Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用0.150mol•L^-1 KMnO₄溶液處理后，溶液需煮沸的原因是：若不煮沸趕盡SO₂，溶液中的SO₂與KMnO₄溶液反應，無法準確測定混合物中CuS的質量分數．
③實驗室配制500mL 3moL•L^-1H₂SO₄溶液，需要質量分數為98%，密度為1.84g•mL^-1硫酸的體積為81.5 mL．（保留1位小數）
④試計算混合物中CuS的質量分數（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）加入稀硫酸溶液溶解，得到的溶液含有硫酸亞鐵、硫酸鋁，加入碳酸氫鈉攪拌，沉淀鋁離子，過濾得硫酸亞鐵溶液，向所得FeSO₄溶液中加入少量3moL•L^-1H₂SO₄溶液，再加入飽和（NH₄）₂SO₄溶液，經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等一系列操作后得到硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，
（1）加入少量NaHCO₃，沉淀鋁離子；
（2）硫酸亞鐵溶液在空氣中久置，亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子；
（3）①KMnO₄與（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液反應中，Mn元素的化合價降低5，Fe元素的化合價升高，升高1，結合電子、電荷及原子守恒配平；
②由題可知Cu₂S和CuS的混合物與KMnO₄溶液反應有二氧化硫氣體生成，SO₂與酸性KMnO₄溶液反應，測出的數據不準確；
③根據c=$\frac{1000ρω}{M}$計算出該濃硫酸的物質的量濃度，再根據配制過程中溶質硫酸的物質的量不變計算出需要濃硫酸的體積；
④根據金屬化合物的質量和金屬化合物與高錳酸鉀反應的高錳酸鉀的物質的量列方程式組，計算出硫化銅的質量，再根據質量分數計算方法計算即可．

解答 解：（1）加入少量NaHCO₃，與促進鋁離子水解生成沉淀，除去鋁離子，而不使亞鐵離子形成沉淀；
故答案為：除去鋁離子，而不使亞鐵離子形成沉淀；
（2）硫酸亞鐵溶液在空氣中久置，亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子，離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）①Mn元素的化合價由+7降到+2，降低5價；Fe元素的化合價由+2升高到+3價，升高1價，最小公倍數為5；再根據質量守恒得到H₂O的系數為4，H⁺的系數為8，離子反應為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案為：1、5、8、1、5、4；
②二氧化硫具有還原性，高錳酸鉀具有強氧化性，Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用溶液處理后，溶液若不煮沸，則溶液中的SO₂與KMnO₄溶液反應5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，無法準確測定混合物中CuS的質量分數；
故答案為：若不煮沸趕盡SO₂，溶液中的SO₂與KMnO₄溶液反應，無法準確測定混合物中CuS的質量分數；
③分數為98%、密度為1.84g•cm^-3的濃硫酸的濃度為：c=$\frac{1000×1.84×98%}{98}$mol/L=18.4mol/L，
配制過程中硫酸的物質的量不變，則需要該濃硫酸的體積為：$\frac{3mol/L×0.5L}{18.4}$≈0.0815L=81.5mL；
故答案為：81.5；
④電子守恒有：MnO₄^-～5 Fe²⁺，剩余的KMnO₄的物質的量為：50.00×10^-3L×0.2 mol•L^-1×1/5=2.00×10^-3 mol，
用0.150 mol•L^-1 KMnO₄溶液處理Cu₂S和CuS的混合物時，反應的KMnO₄的物質的量為：40 mL×10^-3L×0.150 mol•L^-1-2.00×10^-3 mol=4.00×10^-3 mol，
設：Cu₂S和CuS的混合物中，Cu₂S的物質的量為x，CuS的物質的量為y
160g/mmol x+96 g/mmoly=0.352g
8/5 x+6/5y=4.00×10^-3 mol   　　　　　　
解方程組得x=1.00×10^-3 mol     y=2.00×10^-3 mol
混合物中CuS的質量分數為：m（CuS）/m（總）=（2.00×10^-3 mol×96 g/mmol）/0.352g=54.5%；
答：混合物中CuS的質量分數54.5%．

點評 本題考查了物質的制備，側重考查氧化還原反應的有關計算，為高頻考點，把握反應中元素的化合價變化為解答的關鍵，側重氧化還原反應計算及轉移電子的考查，注意從化合價角度分析，題目難度中等．