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：
⑴ 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)；
⑵ 所得混合溶液中c(Cu²⁺)的取值范围；
⑶ 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

⑴ 原FeCl₃溶液中c(FeCl₃)＝
⑵50.0mL混合溶液中n (Cu^2＋)的取值范围为：［0.600 mol/L，1.50 mol/L］
⑶ 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）。

⑴ 解：由I得50.0mL混合溶液中c(Cl^－)＝  
所以原FeCl₃溶液中c(FeCl₃)＝   
⑵ 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＋：   
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                             
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                              
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］
⑶ 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）。