Question

用廢鐵屑與稀硫酸反應，可制得硫酸亞鐵。在10⁰C和50⁰C時，FeSO₄在 100 g水中的溶解度分別為20.5 g和 48.6g.常溫下，從溶液中析出的晶體是FeSO₄?7H₂O。現取 200 ml 0.500 mol／L H₂SO₄溶液，將 8.00 g廢鐵屑加入到上述稀H₂SO₄中，并不斷攪拌，反應約 15 min后過濾。濾液在80℃經蒸發、濃縮，冷卻至10℃后析出FeSO₄?7H₂O晶體。

（1）若加入的廢鐵不是粉狀而是塊狀，對反應的影響是               。

A．會降低反應速率     B．會減少綠礬產量

C．需要加熱才反應     D．將增大反應體系的PH值

（2）反應 15 min后過濾，其目的是                    。

（3）濾液中除 FeSO₄和可能未反應完全的H₂SO₄外，最可能存在的無機雜質是      。它是由        而產生的，其檢測的方法是           。

（4）設 H₂SO₄與鐵完全反應，當將濾液蒸發濃縮后，冷卻至 50⁰C時，溶液的體積約為50.0 ml，該溶液是否達飽和？試通過計算加以說明。（50⁰C時，FeSO₄飽和溶液的密度為1.36 g／cm³）

（5）若要計算在80⁰C下將溶液蒸發至體積為70.0 ml，再冷卻至10⁰C時，所得到的FeSO₄ ?7H₂O的質量，你認為           （填編號），并簡述所選之理由。答           。

    A．前面提供的數據已經足夠

    B．還需要提供 10⁰C時飽和溶液的密度： 1.42 g／cm³

    C．還需要提供 80⁰C時溶液的密度：1.30 g／cm³

    D．還需要提供結晶后剩余溶液的體積：52.0 ml

 (6)根據第（5）小題你的選擇項（如選A則直接計算，如選B、C或D則可選用其數據）計算從10⁰C 50.0 ml溶液中結晶析出的FeSO₄?7H₂O的質量。（本大題計算結果保留3位有效數字）

Answer 1

（1）AB (2分)（2）除去過量的鐵屑(1分)（3） Fe₂(SO₄)₃ ；廢鐵屑中含有氧化生成Fe₂O₃（或Fe₃O₄）被H₂SO4溶解生成Fe₂(SO₄)₃。FeSO4被空氣氧化生成Fe₂(SO₄)₃；取少許濾液，加KSCN溶液，觀察溶液是否變血紅色。(3分)

（4）解法一：若反應后得到的FeSO4在50℃時配成飽和溶液，其體積為x則，

x===34.17(mL)<50mL

所以，蒸發后溶液尚未飽和. (3分)

解法二：若該溶液是飽和的，則其所含的 FeSO4溶質的質量為y 則

y==50×1.36×==22.24（g）

按題意 H₂SO4完全反應得到的 FeSO4的質量為：

   0.5 × 200 ×10^-3 ×152 =15.2

因 15.2g＜22.24 g，則溶液尚未達到飽和.

（5）C；（4）中求證 50℃時溶液飽和否，涉及溶解度的計算．用到了1.36 g／cm³

  （50℃時）的密度數據。同理，涉及 80℃時溶解度的計算也要用到 80℃時對應的溶液的密度數據。(3分)

 (6）(3分)解法一：

 ①（5）中所給 80℃時 50.0 ml溶液中含溶劑水的質量為：

   50.0ml ×1.30g/cm³―15.2g=49.8g

②設析出的FeSO4?7H₂O的質量為X，則可列出

     =       x=11.0g

解法二：

 10℃，飽和溶液中FeSO4的質量分數=×100%=17.0%

則(50.0×1.30-x)×+ x×=15.2

         x=11.0 (g)