Question

将铁粉和氧化铁的混合物54.4g加入220mL稀硫酸中,恰好完全反应，放出氢气4.48L（标准状况）。反应后的溶液

滴加KSCN不限红色，且无固体剩余物。求：
（1）混合物中铁和氧化铁各是多少克？
（2）原稀硫酸的物质的量浓度。
（3）反应后得到FeSO4的物质的量。

Answer 1

因为氧化性Fe3+>H+；所以将铁粉和氧化铁的混合物加入稀硫酸中，依次发生反应Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O，Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4；当三价铁反应完全后，再发生下面的反应Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；所以当有氢气生成时溶液中无三价铁，加入KSCN无红色物质生成，再次证明溶液中没有Fe3+。
解：（1）设反应后生成氢气的铁单质的物质的量为x；发生归中反应的氧化铁和铁的质量分别为y、z。
n(H2)=V/Vm=4.48L÷22.4L/mol=0.2mol
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
1 1
x 0.2mol
1/1=x/0.2mol；所以x=0.2mol；生成氢气的铁的质量为m1=n*M=0.2mol*56g/mol=11.2g；
所以发生Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O，Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4的氧化铁和铁的质量为（54.4-11.2）g=43.2g，且氧化铁和铁恰好完全反应。将Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O，Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4反应方程式相加，得到总反应方程式：
Fe2O3+3H2SO4+Fe=3FeSO4+3H2O
160 56
y z
160/56=y/z，y+z=43.2g；所以y=32g，z=11.2g；
所以m(Fe)=z+m1=11.2g*2=22.4g；m(Fe2O3)=32g；
（2）设原溶液中的硫酸的物质的量为n。
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
1 1
n 0.2mol
1/1=n/0.2mol；n=0.2mol；
所以C=n/V=0.2mol/0.22L=0.91mol/L
所以原稀硫酸的物质的量浓度为0.91mol/L。
（3）设反应后得到FeSO4的质量为M。
Fe2O3+3H2SO4+Fe=3FeSO4+3H2O
56 456
11.2g M1
56/456=11.2g/M1，M1=91.2g；
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
56 152
11.2g M2
56/152=11.2g/M2，M2=30.4g；
所以M=M1+M2=91.2g+30.4g=121.6g，n=m/M=121.6g÷152g/mol=0.8mol。
所以反应后得到FeSO4的物质的量为0.8mol。

Answer 2

[解析] 此题应首先分析反应过程及产物。4.48L(0.2mol)H2全部是由Fe和稀H2SO4反应产生的，Fe2O3和H2SO4反应产生Fe3+。根据题意，反应后无Fe3+，也无固体，即剩余的Fe粉和Fe3+恰好反应，可求第一问。
设：原混合物中含Fe粉xmol,Fe2O3ymol.
Fe - H2
1. 1
x - y 0.2
2Fe3+ - Fe - 3Fe2+
2 1
2y y
∴
∴含铁粉22.4g，氧化铁32g。
由此解出第一问，并可用相同方法列式求第二、三问。但此处可采用较简便的方法：反应中共涉及铁元素总量：0.4+0.2×2=0.8mol，那么这些铁原子反应后全部转化为Fe2++0.8mol,即生成FeSO40.8mol,而FeSO4中的SO42-全部来自于H2SO4，所以反应中消耗的H2SO4为0.8mol。通过此两问的解决步骤，学生应体会出化学题目中守恒思想的运用，树立反应过程的总体观念，观察始态终态，可迅速的解答题目。