Question

4．今有一包鐵粉和銅粉混合粉末，為確定其組成，現(xiàn)提供4mol/L的FeCl₃溶液（其他用品略），某合作學(xué)習(xí)小組同學(xué)的實驗結(jié)果如下（假定反應(yīng)前后溶液體積不變）（　　）

組別	①	②	③	④
V[FeCl3（aq）]/mL	100	100	100	100
混合粉末質(zhì)量/g	6	13.2	24	36
反應(yīng)后剩余固體質(zhì)量/g	0	1.28	12.8	24.8

• A． 第①組溶液中c（Fe³⁺）=3.0 mol/L
• B． 第②組剩余固體是銅鐵混合物
• C． 第④組反應(yīng)后的濾液中c（Fe²⁺）=6 mol/L
• D． 原混合粉末中n（Fe）：n（Cu）=3：2

Answer 1

分析 依據(jù)實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)，結(jié)合反應(yīng)的實質(zhì)分析，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律，鐵離子與Fe、Cu都能反應(yīng)，按照還原性強弱，鐵的還原性強于銅，所以三價鐵先和鐵反應(yīng)再與銅反應(yīng)，F(xiàn)e+2Fe³⁺=3Fe²⁺，Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺；能剩余的固體可以是銅，可以是鐵和銅，從②組數(shù)據(jù)中可以得出，F(xiàn)eCl₃溶液全部參與反應(yīng)，假設(shè)只發(fā)生第一個反應(yīng)，則溶解的Fe的質(zhì)量為11.2g，13.2-1.28=11.92＞11.2，所以同時也有一部分Cu溶解（發(fā)生第二個反應(yīng)），所以剩余的固體全部為Cu；利用②的數(shù)據(jù)根據(jù)化學(xué)方程式進行計算，求的鐵和銅的物質(zhì)的量之比，利用③組的數(shù)據(jù)對比判斷剩余的固體；進而依據(jù)鐵和銅的物質(zhì)的量之比計算①組反應(yīng)后溶液中的三價鐵離子濃度，計算④組中反應(yīng)后的溶液中二價鐵的濃度．

解答 解：從②組數(shù)據(jù)中可以得出，F(xiàn)eCl₃溶液全部參與反應(yīng)，假設(shè)只發(fā)生第一個反應(yīng)，則溶解的Fe的質(zhì)量為11.2g，
13.2-1.28=11.92=2＞11.2，所以同時也有一部分Cu溶解，剩余的固體全部為Cu；利用②的數(shù)據(jù)，設(shè)Cu、Fe合金中金屬物質(zhì)的量分別為xmol、ymol．
 Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
 x   0.2x     
  Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺
0.2-0.1x 0.4-0.2x    
依據(jù)銅元素守恒可得：（0.2-0.1x）+$\frac{1.28g}{64}$=y，根據(jù)質(zhì)量守恒可得：56x+64y=13.2，
聯(lián)立解得：x=y=0.11，
即銅與鐵物質(zhì)的量比是1：1，
驗證：利用③的數(shù)據(jù)，正好是24-11.2=12.8，所以只發(fā)生了Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，剩余的12.8全部為Cu，所以n（Fe）：n（Cu）=（$\frac{11.2g}{56g/mol}$）：（$\frac{1.28g}{64g/mol}$）=1：1，符合鐵和銅的物質(zhì)的量之比的判斷；
①組，6g固體中含有Cu、Fe的物質(zhì)的量各為0.05mol
  Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
0.05  0.1  0.15
  Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺
0.05  0.1   0.05     0.1
c（Fe³⁺）=$\frac{0.4mol-0.2mol}{0.1L}$=2.0mol/L，
④組中鐵和銅物質(zhì)的量按照1：1混合，可以計算得到鐵和銅的物質(zhì)的量都為：$\frac{36g}{（56+64）g/mol}$=0.3mol，
36g金屬中鐵的質(zhì)量為：0.3mol×56g/mol=16.8g，銅的質(zhì)量為19.2g； 
依據(jù)反應(yīng)Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，有三價鐵離子物質(zhì)的量計算判斷，反應(yīng)金屬為11.2g鐵，所以剩余固體為鐵和銅，三價鐵全部反應(yīng)，根據(jù)鐵元素守恒可知，0.4molFe³⁺全部反應(yīng)生成Fe²⁺，溶解的鐵為11.2g，物質(zhì)的量為：$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，所以反應(yīng)后溶液中Fe²⁺的濃度為：c（Fe²⁺）=$\frac{0.2mol+0.4mol}{0.1L}$=6mol/L，
A、第①組溶液中c（Fe³⁺）=2.0mol/L，故A錯誤；
B、第②、③組剩余固體全是銅，故B錯誤；
C、第④組反應(yīng)后的濾液中c（Fe²⁺）=6mol/L，故C正確；
D、原混合粉末中n（Fe）：n（Cu）=1：1，故D錯誤；
故選C．

點評 本題考查了鐵及其化合物的性質(zhì)應(yīng)用，主要是實驗數(shù)據(jù)的分析判斷和計算，題目難度較大，關(guān)鍵是通過②判斷剩余固體為銅，通過計算得到鐵和銅的物質(zhì)的量之比，③④剩余固體便順利判斷成分，進而依據(jù)化學(xué)方程式或元素守恒計算，題目綜合性較大，數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜．