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7.14mol•L |
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分析 (1)根据c=$\frac{1000ρω}{M}$计算出密度为1.4g/cm3、质量分数为50%的硫酸物质的量浓度;(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)根据沉淀9.32克为硫酸钡、氯气的物质的量计算出铁离子和亚铁离子的物质的量、再根据质量关系计算出含有的结晶水的质量,最后计算出晶体的化学式;(4)①采用极限法计算与固体混合物反应需要的硝酸的物质的量,剩余的硝酸与(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. 解答 解:(1)密度为1.4g/cm3、质量分数为50%的硫酸物质的量浓度为:$\frac{1000×1.4×50%}{98}$mol/L≈7.14mol/L;故答案为:7.14 mol•L-1;(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,故答案为:0.77;(3)硫酸钡的物质的量为:$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04mol,即n(FeSO4)+3n(Fe2(SO4)3)=0.04mol,标况下112mL氯气的物质的量为:$\frac{112×1{0}^{-3}}{22.4L/mol}$=0.005mol,根据反应关系式2Fe2+~Cl2可知,硫酸亚铁的物质的量为:n(FeSO4)=n(Fe2+)=2n(Cl2)0.01mol,则3n(Fe2(SO4)3)=0.04mol-0.01mol=0.03mol,7.32克晶体中结晶水的质量为:m(H2O)=7.32g-152g/mol×0.01mol-400g/mol×0.01mol=1.8g,结晶水的物质的量为:n(H2O)=$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol,所以绿矾晶体中硫酸亚铁、硫酸铜、水的物质的量之比为0.01mol:0.01mol:0.1mol=1:1:10,所以晶体的化学式为FeSO4•Fe2(SO4)3•10H2O,故答案为:FeSO4•Fe2(SO4)3•10H2O;(4)①硝酸的物质的量为:0.20L×2mol/L=0.4mol,假设固体混合物全部为Cu2S,则n(Cu2S)=$\frac{8.64g}{160g/mol}$=0.054mol,需要是硝酸的物质的量为x,10NO3-+3Cu2S+16H+→6Cu2++10NO↑+3SO42-+8H2O 3 16 0.054mol xx=$\frac{0.054mol×16}{3}$=0.288mol,剩余的硝酸的物质的量为:0.4mol-0.288mol=0.112mol,0.112mol硝酸和(NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应. NO3-+3Fe2++4H+→NO↑+3Fe3++2H2O 3mol 41×10-3VL×2mol/L 0.112mol解得V=42,假设固体混合物全部为CuS,则n(CuS)=$\frac{8.64g}{96g/mol}$=0.09mol,需要硝酸的物质的量为y,8NO3-+3CuS+8H+→3Cu2++3SO42-+8NO↑+4H2O, 3 8 0.09mol yy=$\frac{0.09mol×8}{3}$=0.24mol剩余的硝酸的物质的量为:0.4mol-0.24mol=0.16mol.0.112mol硝酸和(NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应. NO3-+3Fe2++4H+→NO↑+3Fe3++2H2O 3mol 41×10-3VL×2mol/L 0.16mol解得V=60,所以V值范围为:42<V<60,故答案为:42<V<60; ②若V=48,与48mL(NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反应需要硝酸的物质的量为: 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=8.64g①.10NO3-+3Cu2S+16H+→6Cu2++10NO↑+3SO42-+8H2O 3 16 x $\frac{16x}{3}$8NO3-+3CuS+8H+→3Cu2++3SO42-+8NO↑+4H2O, 3 8 y $\frac{8y}{3}$ $\frac{16}{3}$x+$\frac{8}{3}$y=0.272②由①②解得:x=0.036 y=0.03,合物中CuS的质量分数为:$\frac{96g/mol×0.03mol}{8.64g}$×100%≈33.33%,答:混合物中CuS的质量分数为33.33%. 点评 本题考查了物质的量浓度的计算、复杂化学式的确定、化学方程式的计算等知识,题目难度较大,涉及的计算量稍大,注意掌握物质的量概念及表达式,明确根据化学方程式进行计算的方法,其中(4)为难点,涉及到极端讨论法解题. |
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