Question

（2013?上海二模）鐵鹽在工業、農業、醫藥等領域有重要的價值．
（1）將55.600g綠礬（FeSO₄?7H₂O，式量為278）在高溫下加熱，充分反應后生成Fe₂O₃固體和SO₂、SO₃、水的混合氣體，則生成Fe₂O₃的質量為

16

g；SO₂為

0.1

mol．
（2）實驗室可用以下方法制備摩爾鹽晶體[（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O，式量為392]．
Ⅰ、將4.400g鐵屑（含Fe₂O₃）與25mL3mol/L H₂SO₄充分反應后，得到 FeSO₄和H₂SO₄的混合溶液，稀釋溶液至100mL，測得其pH=1．
（1）鐵屑中Fe₂O₃的質量分數是

36%

（保留兩位小數）．
Ⅱ、向上述100mL溶液中加入與該溶液中FeSO₄等物質的量的（NH₄）₂SO₄晶體，待晶體完全溶解后蒸發掉部分水，冷卻至t℃，析出摩爾鹽晶體12.360g，剩余溶液的質量為82.560g．
（2）t℃時，（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O的溶解度是

22.35

 g/100g水（保留兩位小數）．
（3）黃鐵礬是難溶于水且不含結晶水的鹽，它由兩種陽離子和兩種陰離子構成．工業上常用生成黃鐵礬的方法除去溶液中的Fe²⁺，原理是：用氧化劑將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，Fe³⁺的水解產物與溶液中某些離子一起生成黃鐵礬沉淀．
實驗室模擬工業過程的操作如下：
向1L 0.0500mol/L的稀硫酸中加入16.680g綠礬，完全溶解后，依次加入1.065gNaClO₃（式量106.5）和1.610gNa₂SO₄?10H₂O（式量322），充分反應后，得到9.700g黃鐵礬沉淀．所得無色溶液中含有的H⁺為0.16mol，SO₄^2-為0.075mol，Cl^-為0.01mol．
計算并確定黃鐵礬的化學式．

Answer 1

分析：（1）根據綠礬和氧化鐵、二氧化硫的關系式計算；
Ⅰ、（1）先根據溶液的pH計算剩余硫酸的物質的量，再根據方程式計算氧化鐵的質量，根據質量分數公式計算氧化鐵的質量分數；
Ⅱ、（2）根據原子守恒計算生成硫酸亞鐵的物質的量及莫爾鹽的物質的量，根據析出的晶體計算溶液中莫爾鹽的質量，再根據溶解度公式計算其溶解度；
（3）根據原子守恒計算黃鐵礬中含有的元素，再根據原子守恒計算黃鐵礬的摩爾質量，根據其摩爾質量計算含有的氫氧根離子個數，從而得出其化學式．

解答：解：（1）綠礬（FeSO₄?7H₂O，式量為278）在高溫下加熱分解的方程式為2FeSO₄?7H₂O

高溫  .

Fe₂O₃+SO₂+SO₃+7H₂O，
設生成氧化鐵的質量是x，二氧化硫的物質的量為y，
2FeSO₄?7H₂O

高溫  .

Fe₂O₃+SO₂+SO₃+7H₂O
（278×2）g       160g 1mol
55.600g         x    y
x=

55.600g×160g

(278×2)g

=16g，y=

55.600g×1mol

(278×2)g

=0.1mol，
答：氧化鐵的質量是16g，二氧化硫的物質的量是0.1mol；
Ⅰ、（1）根據題意知，溶液中還有酸剩余，剩余的n（H₂SO₄）=0.1mol/L×

1

2

×0.1L=0.005mol，則參加反應的n（H₂SO₄）=0.025L×3mol/L-0.005mol=0.07mol，
設鐵的物質的量是m，氧化鐵的質量是n，
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
1mol 1mol
（m-n）mol （m-n）mol
Fe+Fe₂O₃+3H₂SO₄=3FeSO₄+3H₂O
1mol 1mol 3mol
nmo  nmol 3nmol
根據固體的質量和硫酸的物質的量列方程組為：

56m+160n=4.400 m-n+3n=0.07

，

m=0.05 n=0.01

鐵屑中Fe₂O₃的質量分數=

0.01mol×160g/mol

4.400g

×100%=36%，
故答案為：36%；
Ⅱ、（2）根據以上結合原子守恒知，n（FeSO₄）=n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=（0.05+0.02）mol=0.07mol，根據莫爾鹽的化學式知，n（（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O）=n（FeSO₄）=0.07mol，溶液中莫爾鹽的質量=0.07mol×392g/mol-12.360g=15.08g，
設莫爾鹽的溶解度為x，

x

100

=

15.08

82.56-15.08

，x=22.35，
答：莫爾鹽的溶解度是22.35g；
（3）n（H₂SO₄）=1L×0.0500mol/L=0.05mol，n（綠礬）=

16.680g

278g/mol

=0.06mol，n（NaClO₃）=

1.065g

106.5g/mol

=0.01mol，n（Na₂SO₄?10H₂O）=

1.610g

322g/mol

=0.005mol，亞鐵離子和氯酸根離子反應生成氯離子和鐵離子，根據原子守恒知，
n（Fe³⁺）=n（綠礬）=0.06mol，n（Cl^-）=n（NaClO₃）=0.01mol，n（SO₄^2-）=n（H₂SO₄）+n（綠礬）+n（Na₂SO₄?10H₂O）=0.05mol+0.06mol+0.005mol=0.115mol，所得無色溶液中含有SO₄^2-為0.075mol，所以黃鐵礬中n（SO₄^2-）=0.115mol-0.075mol=0.04mol，根據原子守恒知，n（Na⁺）=n（NaClO₃）+2n（Na₂SO₄?10H₂O）=0.01mol+0.01mol=0.02mol，生成的氯離子和溶液中存在的氯離子的物質的量相等，所以黃鐵礬中不含氯離子，根據鈉離子的物質的量知，黃鐵礬的物質的量為0.02mol，所以黃鐵礬的摩爾質量=

9.700g

0.02mol

=485g/mol，黃鐵礬中鈉離子、鐵離子和硫酸根離子的物質的量之比=0.02mol：0.06mol：0.04mol=1：3：2，因為鐵鹽的沉淀，所以黃鐵礬中還含有氫氧根離子，設氫氧根的個數是x，
黃鐵礬的摩爾質量=（23+56×3+96×2+17x）mol/L=485g/mol，所以x=6，所以其化學式為NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆，
故答案為：NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆．

點評：本題涉及物質的量、質量分數等有關計算，難度較大，注意Ⅰ、（1）中鐵不僅和稀硫酸反應，還和鐵離子反應，往往容易漏掉該反應而導致錯誤，為易錯點．