Question

将一块铜板浸泡在一定浓度的FeCl₃溶液中一段时间后取出，得到一混合溶液，某校化学兴趣小组的同学为分析该混合溶液的组成，进行了如下实验：

① 取50．0mL混合溶液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，得白色沉淀，过滤、干燥、称量，沉淀质量为86．1 g；

② 另取50．0mL混合溶液，向其中加入1．40 g铁粉，结果铁粉全部溶解但未见固体析出；

③ 再取50．0mL混合溶液，向其中加入20．0 mL稀硝酸，得到一种无色气体，其体积换算成标准状况时为0．448 L ；

请根据以上实验中得到的数据分析计算：

   （1）原FeCl₃溶液物质的量浓度（反应过程中过程中溶液体积的变化忽略不计）；

   （2）所得混合溶液中c（Cu²⁺）的取值范围；

 （3）若要进一步求得混合溶液中c（Cu²⁺）的具体数值，在只单独使用AgNO₃溶液、铁粉或稀硝酸的前题下，还可测出哪些数据，必须进行哪些实验？

Answer 1

（1）解：由I得50．0mL混合溶液中c（Cl^－）＝  

所以原FeCl₃溶液中c（FeCl₃）＝   （3分）

   （2） 解：Ⅱ中加入1．4gFe无固体剩余，即发生的反应为：Fe＋2Fe^3＋＝3Fe^2＋

 所以50．0mL混合溶液中至少含有Fe^3＋：  

Ⅲ中加入20．0mL稀硝酸后产生的气体为NO，反生的反应为

3Fe^2＋＋4H^＋＋NO₃^－＝3Fe^3＋＋NO↑＋2H₂O

即50．0mL混合溶液中至少含有Fe^2＋：   （2分）

50．0mL混合溶液中根据铁元素守恒有：

n （Fe^2＋） ＋ n （Fe^3＋） ＝ 4．0 mol/L×0．05L＝ 0．20 mol         

根据电荷守恒有：3n （Fe^3＋）＋2n （Fe^2＋）＋2n （Cu^2＋）＝n （Cl^－）＝

当n （Fe^3＋） 有最小值时，n （Fe^2＋）、n （Cu^2＋）有最大值，且由上述两等式可求得

n （Cu^2＋）的最大值为0．075 mol                             （2分）

当n （Fe^2＋）有最小值时，n （Fe^3＋） 有最大值，n （Cu^2＋）有最小值，同样可求得

n （Cu^2＋）的最小值为0．03 mol                              （2分）

所以，50．0mL混合溶液中n （Cu^2＋）的取值范围为：［0．600 mol/L，1．50 mol/L］

   （3）解：还可测出50．0mL混合溶液中n （Fe^2＋）的值，应进行的实验是向50．0mL混合溶液中加入足量的稀硝酸，测出生成的气体体积（标准状况）。（3分）