Question

现有铜与金属X组成的混合物粉末，金属X是镁、铁、锌中的一种．利用该混合物进行如下实验：
实验步骤及数据：取该混合物粉末8.0g放入烧杯中，将140.0g 溶质质量分数为14.0%的稀硫酸平均分四次加入该烧杯中，充分反应后，测得烧杯内剩余固体的质量数据如下表：

加入稀硫酸的次数	第1次	第2次	第3次	第4次
烧杯内剩余固体质量/g	6.8	5.6	4.4	4.2

实验分析：通过计算，求：
（1）该混合物粉末中铜的质量分数为______；
（2）该混合物是由铜粉和______组成的；
（3）第三次加入硫酸充分反应后，所得溶液中溶质的质量分数是多少？（写出计算过程）
（4）若用溶质的质量分数为98%、密度为1.84g/cm^-3的浓硫酸来配制本实验中所用的稀硫酸，则需要取浓硫酸多少毫升？同时加入水多少毫升？（写出计算过程）

Answer 1

【答案】分析：（1）因铜与酸不反应，反应后剩余固体质量4.2g即为其质量，故可求出混合物粉末中铜的质量分数；
（2）利用前三次反应所加稀硫酸完全反应时，硫酸与金属的质量关系，根据反应的化学方程式，计算出金属的相对原子质量，确定金属；
（3）根据反应的化学方程式，由反应消耗硫酸的质量计算放出氢气的质量，运用质量守恒定律，计算反应后所得溶液的质量．
（4）使用98%的浓硫酸配制19.6%的稀硫酸，采取加水稀释的办法完成．加水稀释时，稀释前后浓、稀溶液中的溶质质量不变．可根据这一特点建立方程解决问题．
解答：解：（1）因铜与酸不反应，反应后剩余固体质量4.2g即为其质量．×100%=52.5%
故答案为：52.5%
（2）由第一次所加稀硫酸140g÷4=35g完全反应时，消耗金属的质量=8.0g-6.8g=1.2g；
由于镁、铁、锌三种金属在反应中均呈+2价，设金属的相对原子质量为m，则
M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑
m   98
1.2g 35g×14%

m=24，所以金属为镁；
故答案为：镁粉；
（3）第三次加入硫酸后，一共加入了35g×3=105g硫酸
设加入105g稀硫酸充分反应生成氢气的质量为x．生成硫酸镁的质量为y
Mg+H₂SO₄═MgSO₄+H₂↑
24         120   2
8.0g-4.4g  y     x

x=0.3g，y=18g
所得溶液的质量=（8.0g-4.4g）+105g-0.3g=108.3g
故溶质的质量分数为：×100%=16.6%
答：所得溶液中溶质的质量分数是16.6%
（4）1cm^-3=1mL
设需要浓硫酸的质量为x
140.0g×14.0%=x×98%
解之得 x=20g
浓硫酸的体积==10.87cm^-3=10.87mL
需要水的质量=140g-20g=120g
水的密度为1g/cm^-3，故需水的体积为：=120cm^-3=120mL；
答：需要取浓硫酸10.87mL，同时加入水120mL．
点评：由剩余固体质量与加入稀硫酸的质量关系，可知前三次所加的稀硫酸均已完成反应．
使用溶液的溶质质量分数进行计算时，不能用溶液的体积和溶质质量分数相乘，一定要使用m=ρv的公式进行体积与质量的换算．水的密度为1g/mL，所以水的质量数（g）就可以看成其体积数（mL）．