Question

一道高二化学计算题，求急速帮忙

由铜和氧化铁组成的混合物8.64克，用含0.22mol硫酸的浓硫酸完全溶解，溶液用水稀释，再加入过量铁粉，产生气体1.12L（标况下），过滤出金属固体1.2克，求铜和氧化铁及加入铁粉多少克。

Answer 1

分析：混合物加入浓硫酸中发生如下反应：Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O；Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O；此时将溶液稀释，剩余的浓硫酸则被稀释为稀硫酸（所以与铁粉反应生成H2而不是SO2）。因为氧化性大小为：Fe3+>Cu2+>H+；所以想溶液中加入铁粉依次发生如下反应：Fe
+
2Fe3+
=
3Fe2+；Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；
解：依题意可知生成的H2的物质的量为n(H2)=V÷Vm=1.12L÷22.4L/mol=0.05mol；
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；
1
1
1
n(Fe)
n(H2SO4)
0.05mol
解得n(Fe)=0.05mol；n(H2SO4)=0.05mol；
所以与混合物的硫酸的物质的量为0.22mol-0.05mol=0.17mol；
设原混合物中含有铜的物质的量为x，含有氧化铁的物质的量为y；
Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O；
1
2
x
n'(H2SO4)
解得：
n'(H2SO4)=2x；
Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O；
1
3
y
n''(H2SO4)
n''(H2SO4)=3y；
又有：m(Cu)=64x；m(Fe2O3)=160y；
所以有方程组2x+3y=0.17mol；64x+160y=8.64g；解得x=0.01mol；y=0.05mol；
所以m(Cu)=0.64g；m(Fe2O3)=8g；
根据铜元素铁元素守恒可得：
Cu
～
CuSO4
；
1
1
0.01mol
n(CuSO4)
解得：n(CuSO4)=0.01mol；
Fe2O3
～
2Fe3+
1
2
0.05mol
n(Fe3+)
解得：n(Fe3+)=0.1mol；
Fe
+
2Fe3+
=
3Fe2+；
1
2
n(Fe)
0.1mol
解得：n(Fe)=0.05mol；
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；
1
1
n'(Fe)
0.01mol
解得n'(Fe)=0.01mol；
所以参加反应的铁粉的质量为m(Fe)=n×M=(0.01mol+0.05mol)×56g/mol=3.36g；
根据质量守恒可得：溶解的铜全部又被置换出来了所以置换出的铜的质量为0.64g，所以过量的铁粉的质量m'(Fe)=1.2g-0.64g=0.56g；
所以加入的铁粉的质量为m(Fe)+m'(Fe)=3.36g+0.56g=3.92g；
答：铜和氧化铁及加入铁粉的质量各0.64g，8.0g，3.92g。
易入误区：错把滤除的固体当做置换出的铜单质；因为题设中说假如的铁粉试过量的，所以滤除的固体除了置换出的铜还有反应剩余的铁粉。