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

解：设有Xmol铜,Ymol氧化铁。2H2SO4+Cu=CuSO4+2H2O+SO2↑ Xmol铜消耗2Xmol硫酸,Ymol氧化铁消耗3Ymol硫酸，其中硫酸没有反应完，与铁粉生成了气体1.12L，即剩余0.05mol硫酸，所以与铜和氧化铁反应的硫酸是0.22-0.05=0.17. 2X+3Y=0.17 质量平衡64X+160Y=8.64.解得X=0.01，Y=0.05. 而过滤出金属固体1.2克，这里面有铁粉置换出来的铜，就是刚开始铜的质量，0.01mol，0.64克，剩余的就是没有反应的铁粉1.2-0.64=0.56克。加上刚开始与铁粉生成了气体1.12L，这里面对应0,05mol铁粉2.8克，还有溶解的铜被铁粉置换出来，0,01mol，0.56克，消耗铁粉所以一共3.92克。唉，打字很辛苦耶，而且我是第一个回答的人，采纳吧，哥也不容易啊。哈哈

Answer 2

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。