Question

18．常溫下，將22.4gCu和Fe₂O₃的混合物粉末加入到濃度為1mol/L的H₂SO₄中，使之發(fā)生反應(yīng)．
（1）若固體剛好完全溶解，消耗H₂SO₄的體積為VL，求V的取值范圍．
（2）若H₂SO₄溶液過(guò)量，反應(yīng)后溶液體積為1L，測(cè)得此溶液中Fe²⁺離子濃度為0.1mol/L，求原混合物中含Cu多少克？

Answer 1

分析 （1）若固體恰好全部溶解，發(fā)生反應(yīng)Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄）₃+3H₂O、Cu+Fe₂ （SO₄）₃=2FeSO₄+CuSO₄，總反應(yīng)方程式為Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=CuSO₄+2FeSO₄+3H₂O，
若Cu、Fe₂O₃按物質(zhì)的量1：1混合，消耗的硫酸最少，若混合物粉末全是Fe₂O₃，消耗的硫酸最多，結(jié)合方程式計(jì)算解答；
（2）硫酸溶液過(guò)量，若銅過(guò)量，過(guò)量的銅不與硫酸反應(yīng)，則只發(fā)生如下反應(yīng)：Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=CuSO₄+2FeSO₄+3H₂O，根據(jù)溶液中n（Fe²⁺）計(jì)算n（Fe₂O₃），進(jìn)而計(jì)算Cu的質(zhì)量；
若Fe₂O₃過(guò)量，過(guò)量的Fe₂O₃將與H₂SO₄反應(yīng)，根據(jù)溶液中n（Fe²⁺）計(jì)算Cu的質(zhì)量．

解答 解：（1）若固體恰好全部溶解，銅粉和三氧化二鐵的混合物是按如下反應(yīng)進(jìn)行：
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄）₃+3H₂O、Cu+Fe₂ （SO₄）₃=2FeSO₄+CuSO₄
總反應(yīng)方程式為：Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=CuSO₄+2FeSO₄+3H₂O，
Cu、Fe₂O₃按物質(zhì)的量1：1混合，消耗的硫酸最少，則n（Cu）=n（Fe₂O₃）=$\frac{22.4g}{64g/mol+160g/mol}$=0.1mol，由方程式可知，需要硫酸為0.1mol×3=0.3mol，硫酸體積為$\frac{0.3mol}{1mol/L}$=0.3L，
若混合物粉末全是Fe₂O₃，消耗的硫酸最多，則發(fā)生：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄）₃+3H₂O，n（Fe₂O₃）=$\frac{22.4g}{160g/mol}$=0.14mol，故消耗H₂SO₄為0.14 mol×3=0.42 mol，硫酸體積為$\frac{0.42mol}{1mol/L}$=0.42L
但銅的質(zhì)量不可能為0，故有0.3L≤V＜0.42L，
答：范圍為0.3L≤V＜0.42L；
（2）溶液中n（Fe²⁺）=1L×0.1mol/L=0.1mol，則
Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=CuSO₄+2FeSO₄+3H₂O
0.05   0.05                  0.1
若銅過(guò)量，過(guò)量的銅不與硫酸反應(yīng)，則m （Fe₂O₃）=0.05 mol×160 g/mol=8.0 g，故m （Cu）=22.4 g-8.0 g=14.4 g；
若Fe₂O₃過(guò)量，過(guò)量的Fe₂O₃將與H₂SO₄反應(yīng)，則m （Cu）=0.05mol×64 g/mol=3.2g，
答：含Cu為3.2或14.4

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，屬于討論型題目，利用總方程式簡(jiǎn)化分析與計(jì)算，注意（1）中利用極端法確定極值，（2）中不能確定鐵離子與Cu是否恰好反應(yīng)．