Question

将一些氧化铜粉末加入到100克14%的硫酸溶液中，微热至氧化铜全部溶解，再向该蓝色溶液中加入20克铁粉（过量），充分反应后过滤，仍得到干燥后的固体物质20克．求：（1）原加入的氧化铜有多少克？（2）最后得到的溶液溶质质量分数是多少？

Answer 1

分析：由题意可知，共有3个主要反应：①CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O②Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑③Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu，铁参加反应两部分．由于100克14%的硫酸最终全部转化成FeSO₄，故可先求出FeSO₄和总的铁的质量．由于加入20g铁最后质量不变，所以增重的质量和与硫酸反应消耗的铁的质量相等，利用反应的物质的质量关系，可求出氧化铜的质量，与硫酸铜反应的铁的质量．根据以上计算可求出与硫酸反应的铁的质量，进而求出生成的氢气的质量，最后求出得到的溶液溶质质量分数．

解答：解：由题意可知，发生的反应有：CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O，Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu，
（1）设参加反应的Fe的总质量为x，反应生成FeSO₄的总质量为y，则由上述反应可得：
Fe～H₂SO₄ ～FeSO₄
56     98      152
x  100g×14%    y

56

98

=

x

100g×14%

   解之得：x=8g 

98

152

=

100g×14%

y

  解之得：y=21.7g
由题意可知，由于铁参加的反应有两部分，一部分与硫酸反应，另一部分与硫酸铜反应，因为加入20g铁最后质量不变，所以，参加反应的铁的总质量与增重的铜的质量相等，即生成的铜的质量为8g．
依题意得：设加入的氧化铜的质量为a，与CuSO₄反应的铁的质量为c，则由上述反应可得：
  Cu～CuO～CuSO₄～Fe
 64    80         56
 8g    a          c

64

80

=

8g

a

    解之得：a=10g

64

56

=

8g

c

    解之得：c═7g
（2）由题知，与硫酸反应的铁为8g-7g═1g
设反应生成H₂的质量为b
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56              2
1g              b

56

2

=

1g

b

    解之得：b=0.036g
所以最后得到的溶液溶质质量分数=

21.7g

100g+10g-0.036g

×100%=19.74%．
答：（1）原加入的氧化铜有10克；（2）最后得到的溶液溶质质量分数是19.74%．

点评：本题考查了复杂的化学方程式的计算，解题的关键是首先审清题意，发生反应有哪些，物质的质量关系有哪些．