Question

7．為了測定一置于空氣中的某硫酸酸化的FeSO₄溶液中Fe²⁺被氧化的程度，某同學準確量取pH=1（忽略Fe²⁺、Fe³⁺的水解）的FeSO₄溶液200mL，加入過量的BaCl₂溶液，充分反應后過濾、洗滌、干燥，得到沉淀27.96g；再另取同樣的FeSO₄溶液200mL，向其中加入過量的NaOH溶液，攪拌使其充分反應，待沉淀全部變?yōu)榧t褐色后，過濾、洗滌并灼燒所得固體，最終得到固體的質量為8.00g
（1）計算該溶液中各種離子的濃度，并相應的填入下表：

c （H+）	c（SO42-）	c （Fe2+、Fe3+）

注：c（Fe²⁺、Fe³⁺）表示Fe²⁺和Fe³⁺的總的物質的量濃度
（2）原溶液中Fe²⁺被氧化的百分率（被氧化的Fe²⁺物質的量占Fe²⁺和Fe³⁺總物質的量的百分比）20%．
（3）當Fe²⁺部分被氧化時，推導c（Fe²⁺、Fe³⁺）與c（H⁺）、c（SO₄^2-）的關系是c（SO₄^2-）-$\frac{1}{2}$c（H⁺）＞c（Fe²⁺、Fe³⁺）＞$\frac{2}{3}$c（SO₄^2-）-$\frac{1}{3}$c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）依據溶液中PH計算氫離子濃度，生成沉淀為硫酸鋇，得到硫酸根離子濃度，根據氧化鐵計算物質的量結合鐵元素守恒計算得到鐵元素物質的量濃度；
（2）依據電荷守恒：2C（Fe²⁺）+3C（Fe³⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-），2C（Fe²⁺）+3C（Fe³⁺）=1.1mol/L；元素守恒c（Fe²⁺）、c（Fe³⁺）=0.5mol/L，列式計算鐵離子占鐵元素的百分比；
（3）依據極值分析計算，電荷守恒分析，若全部為亞鐵離子和鐵離子分析計算取值范圍

解答 解：（1）由pH=1得c（H⁺）=0.1mol/L，
由SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓得
c（SO₄^2-）=$\frac{\frac{27.96g}{233g/mol}}{0.2L}$=0.6mol/L，
因為最終固體物質為Fe₂O₃，
所以n（Fe₂O₃）=$\frac{8.0g}{160g/mol}$=0.05mol
據鐵元素守恒得：
c（Fe²⁺、Fe³⁺）=$\frac{0.05mol×2}{0.2L}$=0.5 mol•L^-1
故答案為：0.1mol/L，0.6mol/L，0.5mol/L；
（2）電荷守恒：2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-），
2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）=1.1mol/L；
c（Fe²⁺）+c（Fe³⁺）=0.5mol/L
c（Fe²⁺）=0.4mol/L
c（Fe³⁺）=0.1mol/L
FeSO₄溶液中Fe²⁺被氧化的百分率：$\frac{0.1mol/L}{0.5mol/L}$，
故答案為：20%；
（3）若Fe²⁺沒被氧化，c（Fe²⁺）=c（SO₄^2-）-$\frac{1}{2}$c（H⁺）
若Fe²⁺全部被氧化，c（Fe²⁺）=$\frac{2}{3}$c（SO₄^2-）-$\frac{1}{3}$c（H⁺）
故當Fe²⁺部分被氧化時：c（SO₄^2-）-$\frac{1}{2}$c（H⁺）＞c（Fe²⁺、Fe³⁺）＞$\frac{2}{3}$c（SO₄^2-）-$\frac{1}{3}$c（H⁺）
答：當Fe²⁺部分被氧化時的離子濃度關系為：c（SO₄^2-）-$\frac{1}{2}$c（H⁺）＞c（Fe²⁺、Fe³⁺）＞$\frac{2}{3}$c（SO₄^2-）-$\frac{1}{3}$c（H⁺）．

點評 本題考查了討論法在化學計算中的應用，題目難度中等，明確發(fā)生反應的實質為解答關鍵，注意熟練掌握討論法在化學計算中的應用方法，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．