Question

将22.4g铜粉与三氧化二铁的混合粉末，加入1mol/L的硫酸中进行反应。
(1)若固体恰好全部溶解，消耗硫酸的体积为VL，求V的取值范围。
(2)若硫酸溶液过量，反应后溶液的体积为1L，测得此溶液中Fe²⁺的浓度为0.1mol/L，求此混合物中含铜多少克？

Answer 1

（1）0.3L≤V＜0.42L   （2）14.4g或3.2g。

(1)若铜粉和三氧化二铁的混合物是按如下反应进行：
Fe₂O₃ ＋  3H₂SO₄ ＝  Fe₂ (SO₄)₃ ＋  3H₂O
Cu  ＋  Fe₂ (SO₄)₃ ＝  2FeSO₄  ＋   CuSO₄
    Cu＋Fe₂O₃＋3H₂SO₄＝ CuSO₄＋2FeSO₄＋3H₂O
1 mol铜和1 mol Fe₂O₃为224 g，22.4 g可看作0.1 mol，需要硫酸0.3 mol，
。
若混合物粉末全是Fe₂O₃，则有
Fe₂O₃ ＋  3H₂SO₄ ＝  Fe₂ (SO₄)₃ ＋  3H₂O
n (Fe₂O₃) ＝，H₂SO₄为0.14 mol×3 ＝ 0.42 mol，
。
但铜的质量不可能为0，故有0.3L≤V＜0.42L。
(2)若铜过量，过量的铜不与硫酸反应，则只发生如下反应：
Cu＋Fe₂O₃＋3H₂SO₄＝ CuSO₄＋2FeSO₄＋3H₂O
0.05  0.05                         0.1
m (Fe₂O₃) ＝ 0.05 mol×160 g / mol ＝ 8.0 g，m (Cu) ＝ 22.4 g－8.0 g＝ 14.4 g。
若Fe₂O₃过量，过量的Fe₂O₃将与H₂SO₄反应，则m (Cu)＝0.05mol×64 g / mol ＝3.2g。