Question

初中化学计算难题，化学高手进，没有分了，盼高手帮助

将一些氧化铜粉末加入到100克质量分数为l4%的硫酸溶液中，微热至氧化铜全部溶解，再向该蓝色溶液中加入20克铁粉。充分反应后，过滤、烘干，得到干燥的固体物质仍是20克。
(1)原加入的氧化铜的质量是多少?
(2)最后得到的溶液中溶质的质量分数是多少?（不要网上粘的）

Answer 1

分析：从CuSO4+Fe =FeSO4 +Cu，铁转化为铜，固体质量增加，得到干燥的固体物质仍是20克。这说明氧化铜被溶解后，硫酸仍然有剩余，Fe+H2SO4反应，Fe的固体质量减少，才能保证反应后固体质量不增不减。
此题的关键这处在于固体的增加与溶解的质量恰好相等，可设氧化铜为A克
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O (1)
80 98 160
A 98A/80 2A
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu 固体增加的质量 (2)
160 64-56=8
2A A/10
也就是固体增加的质量等于与硫酸反应的铁的质量（A/10 克）
H2SO4 + Fe = FeSO4 + H2↑ (3)
98 56 2
98A/560 A/10 1/28
硫酸的质量为98A/80+98A/560=100*14%
解得：A=10克

则我们可以计算出硫酸亚铁溶液的质量分数，其中所有的硫酸最终都转化为了硫酸亚铁，按照硫酸根守恒来算，设硫酸亚铁为X克
H2SO4 ~ FeSO4
98 152
100×14% x
解得： x = 21.7

因为反应前后固体质量不变，所以:
溶液质量=硫酸溶液+溶解的氧化铜-逸出的H2，即
100+10-1/28=110.0克
另外一种解法,根据方程式(1)算出生成水的质量为2.25克.则
溶解质量=原H2SO4溶液中水的质量+生成水的质量+溶质FeSO4的质量.
=100*(1-14%)+2.25+21.7=110.0
最后得到的溶液中溶质的质量分数为：
21.7/110.0*100%=19.7%

追问

我和你解的一样，但是答案却是20.65%，不知道谁的对

追答

用其它解法，比如分别算出与硫酸反应的铁有1克，与硫酸铜反应的铁有7克，分别算出生成FeSO4的质量，不管用哪一种解法，得出的答案也都一致，质量也都是守恒。或许是算铜的原子量（63.54与64）不同？我也找不同其它的原因。
综合楼上网友的各种解法，CuO的质量为10克，溶质的质量为12.7克，这并无争议。而不同的是在计算溶液的质量时，有的没有加上被溶解的CuO的质量，所以得出答案是21.7%。
答案仅供参考。

追问

这是94年竞赛题。我也不知道错在哪里，
总之谢谢你啊

追答

答案是不是准确无误？关键是解题的思路是否正确、学习解题的方法。

Answer 2

有关化学方程式：①CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
②Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑ ③Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4
把②与③×7相加：❶ 8Fe + H2SO4 + 7CuSO4 = 8FeSO4 + 7Cu + H2↑【此方程式反应前后固体质量不变】
再把❶与①×7相加：❷ 8Fe +8 H2SO4 + 7CuO = 8FeSO4 + 7Cu + H2↑ + 7H2O【据此可求答案】
8Fe + 8 H2SO4 + 7CuO = 8FeSO4 + 7Cu + H2↑ + 7H2O
8×56 8×98 7×80 8×152 2
20 100×14% x y z
∵20×8×98＞100×14%×8×56 ∴铁过量【符合题意】，x、y、z 应该根据硫酸计算
x＝100×14%×70×80÷（8×98）＝10 y＝100×14%×8×152÷（8×98）＝21.7
z＝100×14%×2÷（8×98）＝0.0357
(1)原加入的氧化铜的质量是10g；
(2)最后得到的溶液中溶质的质量分数是21.7÷（100＋10－0.0357）＝19.7%

Answer 3

发生的反应有：
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
先假设硫酸全部反应需铁粉xg，生成硫酸亚铁yg，从上述反应可知关系式：
H2SO4 ~ FeSO4 ~ Fe
98 152 56
100×14% y x
解得：y = 21.7，x = 8 < 20，说明铁粉过量，硫酸经反应全部变成硫酸亚铁21.7克。
由于加入铁粉反应后固体质量不变，并从下列反应可以看出：
① CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu 固体增重：
56 64 64-56=8
② Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 固体减轻：
56 56
只有当反应①增重与反应②减重相等时，固体质量才能不变。
从式中可以看出：当反应②消耗的铁与反应①消耗的铁质量比为7:1时，固体质量不变。
从开始验算铁粉是否过量的关系式可知参加反应的铁共8克，推出参加反应①的铁粉质量为7克，参加反应②的铁粉质量为1克。
设加入氧化铜质量为yg，反应生成氢气质量为zg
从CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O和CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu可知关系式：
CuO~Fe
80 56
y 7
解得：y = 10
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
56 2
1 z
解得：z = 0.036
最后生成的硫酸亚铁溶液质量为：100 - 0.036 = 99.964，其中溶质质量分数为：21.7 ÷ 99.964 × 100% = 21.7%。

追问

但是 (2)答案是20.65%啊

追答

答案有误

Answer 4

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
CuSO4+Fe=FeSO4+Cu
Fe+H2SO4=FeSO4+H2
整个反应 每一个Fe消耗一个H2SO4
14克硫酸反应共消耗铁8克。所以是铁过量。一个铁置换出一个铜，质量增加8/56，一个铁生成硫酸亚铁，质量降低56/56，所以置换铜的铁与生成硫酸亚铁的铁比例为7:1，带入方程式，氧化铜10g,
2）硫酸铁的质量为152/7，1克铁生成氢气1/28克，所以质量分数为 (152/7)/(100-1/28)=21.72%

Answer 5

氧化铜全部溶解，即氧化铜完全反应，硫酸过量（或等量）。反应前铁为20g，反应后仍未20g，试想一个铁铁反应减少56，一个铜生成变为64，若铁只和铜，反应后质量要增加，从而推定，铁还和过剩的硫酸反应了，唯此才可抵消增加的质量。综上可有：
（1）设氧化铜质量为m，
硫酸质量：100 x 14% = 14g
（m/80）x 64 + [ 20/56 - m/80 - （14/98-m/80)] x 56 = 20
（生成铜的质量 + 剩余铁的质量 = 最后固体的质量）
解得：m = 10g
即氧化铜的质量为10g。
（2）溶液中只有硫酸亚铁，
硫酸亚铁质量为：（14/98 - 10/80 + 10/80）x 152 = 27.71g
10g氧化铜和100g硫酸反应后，溶液总质量为110g。
硫酸铜和铁反应后质量减少：[（10/80）x 160 x (64 - 56)] / 160 = 1g
硫酸铜和铁反应质量增加：[（14/98 - 10/80）x 98 x（56 - 2）] / 98 = 0.96g
反应后溶液总质量为：100 - 1 + 0.96 = 99.96g
溶液质量分数为：（27.71/99.96）x 100% = 21.72%
解答完毕。
热爱化学，热爱生活！