Question

將Cu和CuO的混合物3.40g，加入13.0mL濃H₂SO₄（過量）中加熱，當(dāng)混合物完全溶解后，冷卻，加水至500mL，向此溶液中加入24.1g細鐵粉，直至反應(yīng)放出3.36L氣體（標準狀況），濾出不溶物，洗滌、干燥稱量，質(zhì)量為16.1g，求：
（1）最后所得的溶液中的溶質(zhì)及物質(zhì)的量濃度； 
（2）原混合物中Cu和CuO的質(zhì)量； 
（3）原濃硫酸的物質(zhì)的量濃度．

Answer 1

考點：有關(guān)混合物反應(yīng)的計算

專題：

分析：反應(yīng)后溶液稀釋后，加入Fe，發(fā)生反應(yīng)：Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺，F(xiàn)e+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，反應(yīng)最終得到不溶物質(zhì)量為16.1g，大于3.4g，故16.1g為Fe、Cu的混合物，3.36L為氫氣體積，最終溶液中溶質(zhì)為FeSO₄，根據(jù)方程式計算生成氫氣消耗Fe的質(zhì)量，再利用反應(yīng)Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺中差量法計算與銅離子反應(yīng)的Fe的質(zhì)量、16.1g不溶物中Cu的質(zhì)量；
（1）根據(jù)Fe元素守恒計算n（FeSO₄），進而計算c（FeSO₄）；
（2）設(shè)Cu、CuO物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者總質(zhì)量、Cu元素守恒列方程計算解答；
（3）反應(yīng)中硫酸部分轉(zhuǎn)化為SO₂，部分最終轉(zhuǎn)化為FeSO₄，根據(jù)原混合物中Cu的物質(zhì)的量，利用電子轉(zhuǎn)移守恒計算n（SO₂），根據(jù)硫元素守恒n（H₂SO₄）=n（SO₂）+n（FeSO₄），進而計算c（H₂SO₄）．

解答： 解：反應(yīng)后溶液稀釋后，加入Fe，發(fā)生反應(yīng)：Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺，F(xiàn)e+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，反應(yīng)最終得到不溶物質(zhì)量為16.1g，大于3.4g，故16.1g為Fe、Cu的混合物，3.36L為氫氣體積，最終溶液中溶質(zhì)為FeSO₄，
Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
56g          22.4L
m            3.36L
故m=

56g×3.36L

22.4L

=8.4g
故Fe與鐵離子反應(yīng)導(dǎo)致固體質(zhì)量增重為16.1g-（24.1g-8.4g）=0.4g
Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺ 質(zhì)量增重
     56  64      8
     x    y      0.4g
故x=

0.4g×56

8

=2.8g，y=

0.4g×64

8

=3.2g
即16.1g不溶物中Cu的質(zhì)量為3.2g
（1）參加反應(yīng)Fe的總物質(zhì)的量為：

8.4g+2.8g

56g/mol

=0.2mol，根據(jù)Fe元素守恒：n（FeSO₄）=n_{反應(yīng)}（Fe）=0.2nmol，故c（FeSO₄）=

0.2mol

0.5L

=0.4mol/L，
答：最后所得的溶液中的溶質(zhì)為FeSO₄，其物質(zhì)的量濃度為0.4mol/L；
（2）由Cu元素守恒可知，原混合物中Cu原子物質(zhì)的量為

3.2g

64g/mol

=0.05mol，
設(shè)Cu、CuO物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者總質(zhì)量、Cu元素守恒，則：

x+y=0.05 64x+80y=3.4

解得x=0.0375，y=0.0125
故原混合物中Cu質(zhì)量為0.0375mol×64g/mol=2.4g
CuO的質(zhì)量為0.0125mol×80g/mol=1g
答：原混合物中Cu質(zhì)量為2.4g，CuO的質(zhì)量為1g；
（3）反應(yīng)中硫酸部分轉(zhuǎn)化為SO₂，部分最終轉(zhuǎn)化為FeSO₄，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n（SO₂）=

0.0375mol×2

6-4

=0.0375mol，根據(jù)硫元素守恒n（H₂SO₄）=n（SO₂）+n（FeSO₄）=0.0375mol+0.2mol=0.2375mol，故c（H₂SO₄）=

0.2375mol

0.013L

=18.3mol/L，
答：原濃硫酸的濃度為18.3mol/L．

點評：本題考查混合物計算，題目過程復(fù)雜、計算量大，屬于易錯題目，根據(jù)是判斷16.1g不溶物成分，進而判斷最終溶液溶質(zhì)，再利用結(jié)合方程式、守恒法計算解答，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，難度較大．