Question

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有Fe2(SO4)3 和CuSO4的混合溶液100ML,加入3g铁粉,待反应完成后,得到2.6g残留固体,同时测得溶液中亚铁离子的浓度为0.5mol/L(溶液体积不变),求原混合溶液中Fe2(SO4)3 和CuSO4的物质的量浓度.

Answer 1

三价铁的氧化性比二价铜强。所以铁粉先还原铁离子，再还原铜离子。反应完全后由固体残留，说明铁离子被完全还原。残留固体可能是铜，也可能是铜和铁的混合物。
反应后亚铁离子的量：0.5*0.1=0.05mol.根据方程式：Fe2(SO4)3 + Fe == 3FeSO4 CuSO4 + Fe == FeSO4 + Cu
设原混合溶液中Fe2(SO4)3 的物质的量为Xmol,CuSO4的物质的量为Ymol
1.残留固体是铜和铁的混合物。
3X+Y=0.05
64Y+(3-56X-56Y)=2.6
X=0.01 Y=0.02
原混合溶液中Fe2(SO4)3的物质的量浓度: 0.01/0.1=0.1mol/L
原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度:0.02/0.1=0.2mol/L
2.残留固体是铜.
还原铜消耗的铁的量：2.6/64=0.040625mol
根据亚铁离子的量算出原溶液中硫酸铁的量为：2*（0.05-0.040625）/3=0.00625mol,据此算出为了还原铁离子而消耗的铁的量：0.00625/2=0.003125mol.
消耗的铁的质量和：（0.040625+0.003125）*56=2.45g并不等于3g，说明残留固体不可能是铜。
所以答案是：原混合溶液中Fe2(SO4)3的物质的量浓度: 0.01/0.1=0.1mol/L
原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度:0.02/0.1=0.2mol/L

Answer 2

设与Cu2+反应的Fe有xmol，两个离子反应式分别是
Fe+ 2Fe3+ = 3Fe2+
1 2 3
(0.05-x)/3mol (0.05-x)mol
Fe+Cu2+ =Fe2+ +Cu 增加的质量
56 64 8
xmol xmol xmol xmol
铁损失的质量为0.4=(0.05-x)/3 * 56 - 8x
解得x=0.02mol
参加反应的铁有[x+(0.05-x)/3]=0.03mol=1.68g<3g
所以溶液中的Fe3+和Cu2+完全反应。
所以Fe3+有0.02mol Cu2+有0.02mol
即Fe2(SO4)3有0.01mol，浓度为0.1mol/L.
CuSO4有0.02mol,浓度为0.2mol/L