Question

將一定質(zhì)量的氧化銅粉末加入到100g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的硫酸溶液中，微熱至氧化銅全部溶解，再向藍(lán)色溶液中加入W g鐵粉，充分反應(yīng)后，過濾、烘干，得到干燥的固體混合物仍是W g． 計(jì)算：
（1）W的取值范圍？
（2）加入的氧化銅的質(zhì)量是多少？
（3）最后得到的溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？

Answer 1

解：設(shè)原先氧化銅的質(zhì)量為m，則與氧化銅反應(yīng)的硫酸的質(zhì)量x，生成硫酸銅的質(zhì)量y
CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
80 98 160
m x y

x= y=2m
設(shè)加入鐵粉與硫酸銅溶液充分反應(yīng)固體增加的質(zhì)量為a；與剩余稀硫酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量為b，同時(shí)放出氫氣質(zhì)量為c
Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu 固體質(zhì)量增加
56 160 64 64-56=8
2m a

a=0.1m
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56 98 2
b 14g- c
=
b=8-0.7m
反應(yīng)前后固體質(zhì)量不變，即與硫酸反應(yīng)消耗鐵的質(zhì)量等于與硫酸銅反應(yīng)固體增加的質(zhì)量，即：a=b
0.1m=8-0.7m 解得m=10g b=1g
由于b=1g所以有：

c≈00.4g
由題意可知，硫酸最終全部裝化為硫酸亞鐵時(shí)時(shí)放入鐵的最小值，設(shè)硫酸亞鐵的質(zhì)量為z：
H₂SO₄ ～FeSO₄
98 152
100g×14% z

Z=g
加入鐵粉的質(zhì)量W=××100%=8g；
最后得到溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%≈19.73%
故答案為：（1）W的取值范圍是W＞8g； （2）加入的氧化銅的質(zhì)量是10g；（3）最后得到的溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.7%
分析：根據(jù)題意，從CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu，可以看出鐵轉(zhuǎn)化出銅，這是一個(gè)使固體質(zhì)量增加的過程，而題目明確的說明過濾后的固體質(zhì)量與投入的鐵粉質(zhì)量相同，這只能說明氧化銅被溶解后，硫酸仍然有剩余，剩余的硫酸繼續(xù)消耗鐵粉，且消耗鐵粉的質(zhì)量與前一步固體增加的質(zhì)量相等；利用這一等量關(guān)系，計(jì)算所加入氧化銅的質(zhì)量；由題意可知，硫酸最終全部裝化為硫酸亞鐵，根據(jù)硫酸根守恒可以求出加入鐵粉的質(zhì)量W的值；最后生成的溶質(zhì)是FeSO₄，它是由兩部分生成的．第一部分與CuSO₄反應(yīng)得到的FeSO₄，第二部分是鐵與剩余硫酸生成的FeSO₄，反應(yīng)后溶液中總共含有FeSO4為兩部分的質(zhì)量和；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)后所得溶液總質(zhì)量=100g稀硫酸+氧化銅的質(zhì)量+鐵的質(zhì)量-析出的銅的質(zhì)量（與鐵的質(zhì)量相等）-氫氣質(zhì)量，由于參加反應(yīng)鐵的質(zhì)量與析出固體的質(zhì)量相等，所以，反應(yīng)后所得溶液的總質(zhì)量=100g稀硫酸+氧化銅的質(zhì)量-氫氣質(zhì)量．則最后得到溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為生成FeSO₄的總質(zhì)量與反應(yīng)后所得溶液總質(zhì)量的比．
點(diǎn)評(píng)：分析固體質(zhì)量不變的原因是解決本題的關(guān)鍵：要使加入的鐵粉和得到的固體質(zhì)量相等必須使硫酸消耗多余的Fe，且消耗鐵粉的質(zhì)量與置換出銅固體增加的質(zhì)量相等．