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(xué)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)，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(zhì)量為8.00g
（1）計算該溶液中各種離子的濃度，并相應(yīng)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(zhì)的量濃度
（2）原溶液中Fe²⁺被氧化的百分率（被氧化的Fe²⁺物質(zhì)的量占Fe²⁺和Fe³⁺總物質(zhì)的量的百分比）20%．
（3）當(dāng)Fe²⁺部分被氧化時，推導(dǎo)c（Fe²⁺、Fe³⁺）與c（H⁺）、c（SO₄^2-）的關(guān)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(jù)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(jù)氧化鐵計算物質(zhì)的量結(jié)合鐵元素守恒計算得到鐵元素物質(zhì)的量濃度；
（2）依據(jù)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(jù)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?yàn)樽罱K固體物質(zhì)為Fe₂O₃，
所以n（Fe₂O₃）=$\frac{8.0g}{160g/mol}$=0.05mol
據(jù)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(dāng)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(dāng)Fe²⁺部分被氧化時的離子濃度關(guān)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(diǎn)評 本題考查了討論法在化學(xué)計算中的應(yīng)用，題目難度中等，明確發(fā)生反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為解答關(guān)鍵，注意熟練掌握討論法在化學(xué)計算中的應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算能力．