Question

16．有一包铁粉和铜粉混合均匀的粉末样品，为确定其组成，某同学将不同质量的该样品分别与40mL 1mol/L的FeCl₃溶液反应，实验结果如表所示（忽略反应前后溶液体积的微小变化）．

实验序号	①	②	③	④
m（粉末样品）/g	0.90	1.80	3.60	7.20
m（反应后剩余固体）/g	0	0.64	2.48	6.08

下列实验结论不正确的是（　　）

• A． 实验①反应后溶液中含有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺
• B． 实验②③反应后剩余固体全部是Cu
• C． 实验④的滤液中c（Fe²⁺）=1.5 mol/L
• D． 原粉末样品中m（Fe）：m（Cu）=7：8

Answer 1

分析 铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固体是铜或铁和铜，
从第②组数据，可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金属质量1.80g-0.64g=1.16g，大于第①组溶解的金属质量，故第①组金属完全反应、FeCl₃有剩余；
第②组实验中FeCl₃溶液全部参与反应，其物质的量为=0.04L×1mol/L=0.04mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应Fe的物质的量为0.02mol，则溶解的Fe的质量为0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同时也有一部分Cu溶解，所以剩余的固体全部为Cu；
利用②的数据，设Cu、Fe合金中金属物质的量分别为xmol、ymol．
Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
x     2x
   Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺
0.02-x    0.04-2x
依据铜元素守恒 （0.02-x）+$\frac{0.64}{64}$=y；质量守恒 56x+64y=1.8．联立解之得：x=y=0.015；
第③组实验中溶解金属为3.60g-2.48g=1.12g，Fe³⁺恰好完全反应，Cu不反应，Fe可能过量；
故第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂；据此分别分析各选项选择即可．

解答 解：铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固体是铜或铁和铜，
从第②组数据，可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金属质量1.80g-0.64g=1.16g，大于第①组溶解的金属质量，故第①组金属完全反应、FeCl₃有剩余；
第②组实验中FeCl₃溶液全部参与反应，其物质的量为=0.04L×1mol/L=0.04mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应Fe的物质的量为0.02mol，则溶解的Fe的质量为0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同时也有一部分Cu溶解，所以剩余的固体全部为Cu；
利用②的数据，设Cu、Fe合金中金属物质的量分别为xmol、ymol．
Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
x     2x
     Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺
0.02-x   0.04-2x
依据铜元素守恒：（0.02-x）+$\frac{0.64}{64}$=y；质量守恒 56x+64y=1.8．联立解之得：x=y=0.015；
第③组实验中溶解金属为3.60g-2.48g=1.12g，混Fe³⁺恰好完全反应，Cu不反应，Fe可能过量；
故第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂；
A．依据分析可知，实验①反应后溶液中含有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，故A正确；
B．依据分析可知：实验②反应后剩余固体全部是Cu，③反应后剩余固体中含有Cu，可能含有Fe，故B错误；
C．第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂，则溶液中存在c（Fe²⁺）=$\frac{1}{2}$c（Cl^-）=$\frac{3}{2}$c（FeCl₃）=$\frac{3}{2}$×1mol/L=1.5 mol/L，故C正确；
D．由分析可知，1.80g原混合物中Fe、Cu均为0.015mol，则混合物中m（Fe）：m（Cu）=0.015mol×56g/mol：0.015mol×64g/mol=7：8，故D正确；
故选B．

点评 本题考查混合物的计算，明确物质反应先后顺序及各组剩余固体成分是解本题关键，再结合转移电子守恒、原子守恒进行解答，同时考查学生思维缜密性，题目难度中等．