Question

将由铁粉、氧化铁粉末和氧化铜粉末组成的混合物溶于110mL 2mol/L的H₂SO₄中，完全反应后，得氢气896mL（标况）．将反应物过滤，经干燥后得滤渣1.28g．滤液中的金属离子全部是Fe²⁺，将滤液稀释至200mL，再从中取出50mL，向其中逐滴加入1mol/L的NaOH溶液，边加边振荡，当加至20mL时溶液开始出现沉淀．试求：
（1）原混合物中CuO、Fe₂O₃各为多少g？
（2）稀释后的200mL滤液中Fe²⁺的物质的量浓度是多少？

Answer 1

考点：有关混合物反应的计算

专题：计算题

分析：固体完全反应，滤液中的金属离子全部是Fe²⁺，则炉渣1.28g为Cu的质量，向滤液稀释至200mL，再从中取出50mL，加入1mol/L NaOH溶液至20mL时开始出现沉淀，说明固体与稀硫酸反应后稀硫酸有剩余，滤液中溶质为H₂SO₄、FeSO₄，滤液稀释后c（H⁺）=

20mL×1mol/L

50mL

=0.4mol/L，
（1）根据n=

m

M

计算1.28gCu的物质的量，根据Cu原子守恒可知n（CuO）=n（Cu），再根据m=nM计算CuO的质量；
参加反应的H₂SO₄中的H元素转化到氢气、水中，根据H原子守恒计算混合物中O原子物质的量，根据混合物中O原子守恒计算Fe₂O₃的物质的量，进而计算其质量；
（2）稀释后的滤液为H₂SO₄、FeSO₄混合溶液，溶液中硫酸根物质的量不变，利用稀释定律计算稀释后c（SO₄^2-），根据电荷守恒可知：c（H⁺）+2c（Fe²⁺）=2c（SO₄^2-），据此计算．

解答： 解：固体完全反应，滤液中的金属离子全部是Fe²⁺，则炉渣1.28g为Cu的质量，向滤液稀释至200mL，再从中取出50mL，加入1mol/L NaOH溶液至20mL时开始出现沉淀，说明固体与稀硫酸反应后稀硫酸有剩余，滤液中溶质为H₂SO₄、FeSO₄，滤液稀释后c（H⁺）=

20mL×1mol/L

50mL

=0.4mol/L，
（1）1.28gCu的物质的量=

1.28g

64g/mol

=0.02mol，根据Cu原子守恒可知n（CuO）=n（Cu）=0.02mol，故CuO的质量=0.02mol×80g/mol=1.6g；
剩余硫酸的物质的量=0.4mol/L×0.2L×

1

2

=0.04mol，原溶液中硫酸的物质的量=2mol/L×0.11L=0.22mol，故参加反应的硫酸为0.22mol-0.04mol=0.18mol，
参加反应的H₂SO₄中的H元素转化到氢气、水中，根据H原子守恒，n（H₂O）+n（H₂）=n_反应（H₂SO₄），即n（H₂O）=0.18mol-

0.896L

22.4L/mol

=0.14mol，故混合物中氧原子物质的量=0.14mol，根据混合物中O原子守恒，n（CuO）+3n（Fe₂O₃）=n（O），故n（Fe₂O₃）=

1

3

×（0.14mol-0.02mol）=0.04mol，故m（Fe₂O₃）=0.04mol×160g/mol=6.4g，
答：原混合物中CuO的质量为1.6g、Fe₂O₃的质量为6.4g；
（2）稀释后的滤液为H₂SO₄、FeSO₄混合溶液，溶液中硫酸根物质的量不变，稀释后c（SO₄^2-）=

0.11L×2mol/L

0.2L

=1.1mol/L，根据电荷守恒可知：c（H⁺）+2c（Fe²⁺）=2c（SO₄^2-），即：0.4mol/L+2c（Fe²⁺）=2×1.1mol/L，解得c（Fe²⁺）=0.9mol/L，
答：稀释后的200毫升滤液中Fe²⁺的摩尔浓度是0.9mol/L．

点评：本题考查混合物计算，本题注意从溶液存在的离子判断物质反应的程度，利用守恒的方法计算，题目难度中等．