Question

今有由鐵粉、Fe₂O₃粉及CuO粉末組成的混和物，跟2摩/升的H₂SO₄ 110毫升完全反應(yīng)后得氫氣896毫升（標(biāo)況）．將反應(yīng)物過濾，濾渣經(jīng)干燥，冷卻后稱量為1.28克．濾液中的金屬離子全部是Fe²⁺，將濾液稀釋至200毫升，再從中取出50毫升，向其中逐滴加入1摩爾/升的NaOH溶液，邊加邊振蕩，當(dāng)加至20毫升時溶液開始出現(xiàn)沉淀．求：
（1）原混合物中的CuO多少克？
（2）Fe₂O₃是多少克？
（3）稀釋后的200毫升濾液中Fe²⁺的摩爾濃度是多少？
（原子量Cu：64  Fe：56  O：16  H：1  S：32）

Answer 1

分析：（1）鐵粉、氧化鐵粉末和氧化銅粉末都能和硫酸反應(yīng)，而鐵粉又可以和硫酸銅反應(yīng)，而題目中生成了氫氣，說明鐵粉將硫酸銅中的銅全部置換出來，故得到的濾渣為銅的質(zhì)量，可以根據(jù)銅元素的質(zhì)量守恒求出氧化銅的質(zhì)量；
（2）根據(jù)銅元素的質(zhì)量守恒可以求出與氧化銅反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量，然后根據(jù)生成氫氣的物質(zhì)的量可以計算出與鐵反應(yīng)的物質(zhì)的量，再結(jié)合氫氧化鈉反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量，最終能夠計算出和氧化鐵反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量，然后結(jié)合化學(xué)方程式計算即可；
（3）向濾液中加入2mol/L NaOH溶液至40mL時開始出現(xiàn)沉淀說明固體與稀硫酸反應(yīng)后稀硫酸有剩余；根據(jù)“過濾后，濾液中的金屬離子只有Fe²⁺（假設(shè)濾液體積仍為100mL）”知，固體和硫酸反應(yīng)后的鹽只有硫酸亞鐵，根據(jù)以上知固體與稀硫酸反應(yīng)后的溶液是硫酸和硫酸亞鐵的混合物．根據(jù)氫氧化鈉的物質(zhì)的量計算剩余硫酸的物質(zhì)的量，其余的硫酸根離子與亞鐵離子構(gòu)成硫酸亞鐵，據(jù)此分析解答．

解答：解：（1）1.28g銅的物質(zhì)的量為：1.28g÷64g/mol=0.02mol，根據(jù)銅元素的質(zhì)量守恒可以知道：
CuO-H₂SO₄ -Cu 
1       1        1
0.02mol 0.02mol 0.02mol
所以氧化銅的質(zhì)量為：0.02mol×80g/mol=1.6g；
（2）反應(yīng)生成了氫氣的物質(zhì)的量為：0.896L÷22.4L/mol=0.04mol
 即與鐵反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量為0.04mol
與氫氧化鈉反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量=

1

2

n（NaOH）=

1

2

×1mol/L×0.02L=0.01mol，
故反應(yīng)后稀釋得到200mL溶液中含有的硫酸的物質(zhì)的量為：0.01mol×4=0.04mol
所以與氧化鐵反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量為：0.11L×2mol/L-0.04-0.02mol-0.04mol=0.12mol
設(shè)氧化鐵的物質(zhì)的量為x
Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O
1      3
x      0.12mol

1

x

=

3

0.12mol

解得：x=0.04mol
故氧化鐵的質(zhì)量為：0.04mol×160g/mol=6.4g
（3）根據(jù)硫酸根離子的守恒可以知道與Fe²⁺結(jié)合的硫酸根離子為：2.2mol/L×0.1L-0.04mol=0.22mol-0.04mol=0.18mol
設(shè)硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為c．
H₂SO₄→FeSO₄
1       1
0.18mol y

1

0.18mol

=

1

y

 解得：y=0.18mol
即硫酸亞鐵的物質(zhì)的量濃度是：0.18mol÷0.2L=0.9mol/L，
答：稀釋后的200毫升濾波中Fe²⁺的摩爾濃度是0.9mol/L．
故答案為：（1）1.6g；
（2）6.4g；
（3）0.9mol/L．

點評：本題考查了有關(guān)混合物的計算，難度不大，明確各物理量之間的關(guān)系是解本題的關(guān)鍵，注意該題中氣體的體積和固體的質(zhì)量對該題的干擾，否則會導(dǎo)致解題錯誤．