Question

一道高一化学题请帮忙解答。

将6g的铁粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液，充分反应得到200mL0.5mol/LFeSO4溶液和5.2g固体沉淀物。试计算：
（1）反应后生成铜的质量；（2）原Fe(SO4)3溶液的物质的量浓度。

Answer 1

[思路]:在Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中投入铁粉后,Fe3+和Cu2+均可与铁发生反应,但由于氧化性Fe3+>Cu2+,所以Fe应首先还原Fe3+,即首先发生反应:Fe+2Fe3+=3Fe2+,但不可以只发生此反应,原因有二:第一是若只发生此反应则说明铁粉较少,已完全反应无剩余,则不可能有5.2g不溶物;第二,若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO4为(6g÷56g/mol)×3=0.32mol>0.1mol.通过以上分析,可以看出,Fe在把全部的Fe3+还原后,不发生了还原Cu2+的反应,此时的Fe是否有剩余呢 也就是余5.2g固体中肯定有Cu,是否含Fe呢 这就是此题的关键所在,需通过计算推导确定.
[解析]:发生反应的化学方程式为:
①Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 ②Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
两个反应共生成FeSO4为:0.2L×0.5mol/L=0.1mol
观察两个反应不难发现,若生成同样的FeSO4,②式消耗的铁更多.假设0.1molFeSO4全部为②式产生,则此时消耗的铁将达最大量为a.

Fe ～ FeSO4
1mol 1mol
a 0.1mol
a=0.1mol,即铁为5.6g,则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe,设原溶液的Fe2(SO4)3和CuSO4的物质的量分别为x和y.
Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
X x 3x y y y y
由题意得 3x+y=0.1mol
6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g
解得:x=0.02mol y=0.04mol
则生成铜:0.04mol×64g/mol=2.56g
原Fe2(SO4)3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L

Answer 2

Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4
X 3X
CuSO4+ Fe= FeSO4+Cu
Y Y Y
3X+Y=0.2X0.5 6-(X+y)56+64Y=5.2
X=0.02 Y=0.04
反应后生成铜0.04X64=2.56g
Fe2(SO4)3物质的量X=0.02
Fe2(SO4)3物质的量浓度为0.02/0.2=0.1mol/L