Question

19．為了測定某赤鐵礦樣品（假設其中雜質不溶于水，也不與其他物質反應）中氧化鐵的質量分數，小麗同學取一定質量的該礦石樣品放入燒杯中，再取180g稀硫酸分三次加入燒杯中，均充分反應，實驗數據如下：

物質	第一次	第二次	第三次
加入稀硫酸質量（g）	60.0	60.0	60.0
剩余固體的質量（g）	6.8	3.6	2.0

（1）上述實驗中發生反應的化學方程式為Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）根據固體的質量列出求解第二次實驗消耗硫酸質量（x）的比例式$\frac{160}{294}$=$\frac{3.2g}{x}$；
（3）用98%的濃硫酸配制200g上述稀硫酸，需要加入水的質量是180g；
（4）若在恰好完全反應時停止加入稀硫酸，過濾，向所得的不飽和濾液中加入42g水，則最終所得的溶液中溶質的質量分數是10.15%；
（5）用150t該礦石可制得含雜質4%的生鐵的質量是87.5t．

Answer 1

分析 （1）根據赤鐵礦的主要成分為氧化鐵，氧化鐵與硫酸可發生復分解反應，通過交換成分可形成硫酸鐵和水進行分析；
（2）根據表中信息，每60g稀硫酸消耗氧化鐵質量為6.8g-3.6g=3.2g，利用反應的化學方程式，可由氧化鐵質量計算出硫酸的質量進行分析；
（3）根據稀釋溶液時溶質質量不變解答；
（4）根據表中信息，每60g稀硫酸消耗氧化鐵質量為6.8g-3.6g=3.2g，第三次60g稀硫酸消耗氧化鐵質量為3.6g-2g=1.6g，2g為雜質質量，共消耗稀硫酸的質量為60g+60g+30g=150g，氧化鐵質量3.2g×2+1.6g=8g，計算出生成的氯化鐵的質量，根據溶質的質量分數計算公式即可解得；
（5）根據反應中鐵元素的質量守恒來解答．

解答 解：（1）赤鐵礦的主要成分為三氧化二鐵，三氧化二鐵與硫酸反應生成硫酸鐵和水，化學方程式為：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）根據表中信息，每60g稀硫酸消耗氧化鐵質量為6.8g-3.6g=3.2g，設第二次消耗稀硫酸溶質質量為x
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O
160    294
3.2g     x
$\frac{160}{294}$=$\frac{3.2g}{x}$
x=5.88g
稀硫酸的溶質質量分數為：$\frac{5.88g}{60g}$×100%=9.8%，
（3）需要加入水的質量是：200g-$\frac{200g×9.8%}{98%}$=180g；
（4）根據表中信息，每60g稀硫酸消耗氧化鐵質量為6.8g-3.6g=3.2g，第三次60g稀硫酸消耗氧化鐵質量為3.6g-2g=1.6g，2g為雜質質量，共消耗稀硫酸的質量為60g+60g+30g=150g，氧化鐵質量3.2g×2+1.6g=8g，生成的氯化鐵的質量為y
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O
160           406
 8g            y
$\frac{160}{8g}$=$\frac{406}{y}$
y=20.3g
最終所得的溶液的質量為：8g+150g+42g=200g
則最終所得的溶液中溶質的質量分數是：$\frac{20.3g}{200g}$×100%=10.15%；
（5）根據表中信息可知，氧化鐵質量3.2g×2+1.6g=8g，赤鐵礦樣品的質量為6.8g+3.2g=10g，根據反應中鐵元素的質量守恒，10g赤鐵礦樣品中鐵元素的質量為：8g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=5.6g
100t該礦石可制得鐵的質量為：150t×$\frac{5.6g}{10g}$=84t，$\frac{84t}{1-4%}$=87.5t．
故答案為：（1）Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）$\frac{294}{160}$=$\frac{x}{3.2g}$；
（3）180；
（4）10%；
（5）87.5t．

點評 這是一道常見的化學綜合計算題．解題的關鍵在于弄清化學反應中反應物、生成物之間的關系，同時要弄清雜質在反應中存在于什么地方．第二問中關于反應后溶液中溶質的質量分數的計算，關鍵是要弄清反應后溶液是什么溶液．