Question

（16分）工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)硫酸亞鐵溶液，進(jìn)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(chǎn)硫酸亞鐵溶液的工藝流程如下：

回答下列問(wèn)題：

（1）加入少量NaHCO3，調(diào)節(jié)溶液pH的目的是__________________________。

（2）硫酸亞鐵溶液在空氣中久置容易變質(zhì)，用離子方程式表示其變質(zhì)的原因：_____。

（3）若向所得FeSO4溶液中加入少量3 moL? L-1 H2SO4溶液，再加入飽和(NH4)2SO4溶液，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)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(lái)配制Fe2+的標(biāo)準(zhǔn)溶液。現(xiàn)取0.352g Cu2S和CuS的混合物在酸性溶液中用40.00 mL0.150 mol?L-1 KMnO4溶液處理，發(fā)生反應(yīng)如下：

8MnO4－＋5Cu2S＋44H＋＝10Cu2＋＋5SO2↑＋8Mn2＋＋22H2O

6MnO4－＋5CuS＋28H＋＝5Cu2＋＋5SO2↑＋6Mn2＋＋14H2O

反應(yīng)后煮沸溶液，剩余的KMnO4恰好與50.00mL 0.200 mol?L-1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液完全反應(yīng)。

①配平離子方程式： MnO4－＋ Fe2＋＋ H＋—— Mn2＋＋ Fe3+＋ H2O

②Cu2S和CuS的混合物在酸性溶液中用0.150 mol?L-1 KMnO4溶液處理后，溶液需煮沸的原因是：_______________________________________________。

③實(shí)驗(yàn)室配制500mL 3 moL? L-1 H2SO4溶液，需要質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，密度為1.84g? mL-1硫酸的體積為_(kāi)_________ mL。（保留1位小數(shù)）

④試計(jì)算混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（寫出計(jì)算過(guò)程）。

Answer 1

（1）除去鋁離子，而不使亞鐵離子形成沉淀（2分）；（2）4Fe2+ + O2 + 4H+ =4Fe3+ + 2H2O （2分）

（3）①1、5、8、1、5、4（2分）

②若不煮沸趕盡SO2 ，溶液中的SO2與酸性KMnO4溶液反應(yīng)，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（2分）③81.5 （2分）

④54.5% （6分）

【解析】

試題分析：含少量氧化鋁、氧化鐵等的廢鐵屑中加入足量的稀硫酸，發(fā)生反應(yīng)：Al2O3+ 3H2SO4= Al2(SO4)3+ 3H2O；Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O；Fe+ H2SO4= FeSO4+H2↑，F(xiàn)e2(SO4)3+ Fe= 3FeSO4。（1）在反應(yīng)后的溶液中含有FeSO4、Al2(SO4)3，向其中加入少量NaHCO3，調(diào)節(jié)溶液pH的目的是除去Al3+，F(xiàn)e2+仍然以離子的形式存在與溶液中；（2）硫酸亞鐵溶液在空氣中久置容易變質(zhì)，是因?yàn)镕e2+被空氣中的氧氣氧化為Fe3+.用離子方程式表示是4Fe2+ + O2 + 4H+ =4Fe3+ + 2H2O；（3）①根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒可得配平離子方程式是： MnO4－＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3+＋4H2O；②Cu2S和CuS的混合物在酸性溶液中用0.150 mol?L-1 KMnO4溶液處理后，反應(yīng)產(chǎn)生的SO2可能存在與溶液中，若不煮沸趕盡SO2 ，溶液中的SO2與酸性KMnO4溶液反應(yīng)，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。③質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，密度為1.84g? mL-1硫酸的物質(zhì)的量濃度是C=(mol/L)。在溶液的稀釋過(guò)程中溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變，所以根據(jù)稀釋公式C1?V1=C2?V2。在實(shí)驗(yàn)室配制500mL 3 moL? L-1 H2SO4溶液，需要質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，密度為1.84g? mL-1硫酸的體積為(500mL ×3 moL/L)÷18.4mol/L=81.5ml；④電子守恒有 MnO4－～ 5Fe2＋，剩余的KMnO4的物質(zhì)的量為：50.00×10－3L ×0.2 mol?L-1 ×1/5 = 2.00×10－3 mol。0.352g Cu2S和CuS的混合物反應(yīng)的KMnO4的物質(zhì)的量為：40 mL×10－3L ×0.150 mol?L-1 － 2.00×10－3 mol = 4.00×10－3 mol。設(shè)：Cu2S和CuS的混合物中，Cu2S的物質(zhì)的量為x，CuS的物質(zhì)的量為y，則可得方程①160g/mmol x + 96 g/mmoly = 0.352g ；② 8/5 x +6/5y = 4.00×10－3 mol。解得x = 1.00×10－3 mol，y = 2.00×10－3 mol，所以混合物中CuS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：m(CuS)/m(總) = (2.00×10－3 mol×96 g/mol)/ 0. 352g = 54.5%

考點(diǎn)：考查化學(xué)操作的目的、離子方程式的書(shū)寫及配平、溶液的稀釋、關(guān)系式法、守恒法在關(guān)于方程式計(jì)算的應(yīng)用的知識(shí)。