Question

10．（1）氙气和氟气反应，生成含有XeF₂和XeF₄的固体混合物，现用两份等质量的此种固体混合物，分别做下面的化学分析：
①用水处理此固体，获得60.2mL气体（在17℃和1.00×10⁵Pa条件下），其中有24.1mL是氧气，其余的是氙气，水溶液中的XeO₃可以氧化30.0mL浓度为0.100mol/L的Fe²⁺．
②用KI溶液处理此固体，获得单质碘，此碘需要35.0mL浓度为0.200mol/L的Na₂S₂O₃与之完全反应．
求：原固体混合物中XeF₂的物质的量分数．
（提示：XeF₂与水仅发生氧化还原反应；XeF₄与水反应时，有一半的XeF₄与水发生氧化还原反应，另一半的XeF₄则发生歧化反应．）答：原固体混合物中XeF₂的物质的量分数是：0.25或25%．
（2）在500mLCuSO₄和Fe₂（SO₄）₃的混合液中加入21.7克的铁粉，待反应完全后，得到16.8克残留固体．在滤液中加入400mL4mol/L的BaCl₂溶液，恰好使溶液中的SO₄^2-完全沉淀，试求原混合液中CuSO₄的物质的量浓度．答：原混合液中CuSO₄的物质的量溶度是：2.45mol/L．

Answer 1

分析 （1）根据题中信息及及氧化还原反应知识写出反应方程式：XeF₂与水仅发生氧化还原反应为：2XeF₂+2H₂O→2Xe↑+O₂↑+4HF ①
XeF₄与水发生氧化还原反应为：3XeF₄+6H₂O→Xe↑+2XeO₃+12HF ②
另一半的XeF₄发生歧化反应为：XeF₄+2H₂O→Xe↑+O₂↑+4HF  ③
有一半的XeF₄与水发生氧化还原反应，另一半的XeF₄则发生歧化反应，③×3+②可得XeF₄与水反应的总方程式：6XeF₄+12H₂O→4Xe↑+3O₂↑+2XeO₃+24HF，
然后分别根据PV=nRT计算出氧气和总气体的物质的量，设出XeF₂和XeF₄的物质的量，再分别根据生成氧气的物质的量、生成Xe的物质的量列式计算即可；
（2）原溶液中n（SO₄^2-）=n（BaCl₂）=0.4L×4mol/L=1.6mol，
假设原溶液中只有CuSO₄，由Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺可知，则参加反应的n（Fe）=n（CuSO₄）=1.6mol，反应的铁粉质量为：1.6mol×56g/mol=89.6g，
假设原溶液中只有Fe₂（SO₄）₃，由Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄可知，则参加反应的n（Fe）=1.6mol×$\frac{1}{3}$，反应的铁粉质量为：1.6mol×$\frac{1}{3}$×56g/mol=22.9g，
所以21.7g铁粉会完全反应，没有剩余，最后得到16.8g残留固体为铜，
因氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺，则加入铁粉，先发生Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，Fe³⁺反应完毕后发生Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，根据方程式计算生成16.8gCu消耗Fe的质量，进而计算与Fe₂（SO₄）₃反应消耗Fe的质量，根据方程式计算n[Fe₂（SO₄）₃]，再根据硫酸根守恒计算n（CuSO₄），根据c=$\frac{n}{V}$计算硫酸铜溶液的浓度．

解答 解：（1）XeF₂与水仅发生氧化还原反应为：2XeF₂+2H₂O→2Xe↑+O₂↑+4HF ①
XeF₄与水发生氧化还原反应为：3XeF₄+6H₂O→Xe↑+2XeO₃+12HF ②
XeF₄发生歧化反应为：XeF₄+2H₂O→Xe↑+O₂↑+4HF  ③
有一半的XeF₄与水发生氧化还原反应，另一半的XeF₄则发生歧化反应，③×3+②可得XeF₄与水反应的总方程式：6XeF₄+12H₂O→4Xe↑+3O₂↑+2XeO₃+24HF ④
n（O₂）=$\frac{PV（{O}_{2}）}{RT}$=$\frac{1.00×1{0}^{5}×24.1×1{0}^{-6}}{8.31×290}$=1.00×10^-3mol，
n（总）=$\frac{1.00×1{0}^{5}×60.2×1{0}^{-6}}{8.31×290}$=2.50×10^-3mol，
则Xe的物质的量为：2.50×10^-3mol-1.00×10^-3mol=1.50×10^-3mol，
设原固体中含有XeF₂的物质的量为x、XeF₄的物质的量为y，
根据①④可知生成Xe的物质的量可得：n（Xe）=x+$\frac{2}{3}$y=1.50×10^-3mol，生成的氧气为：n（O₂）=$\frac{x}{2}$+$\frac{y}{2}$=1.00×10^-3mol，
二者联立解得：x=0.500×10^-3mol、y=1.50×10^-3mol，
所以原固体混合物中XeF₄的物质的量分数是：$\frac{1.5×1{0}^{-3}mol}{1.5×1{0}^{-3}mol+0.50×1{0}^{-3}mol}$=0.25，
则原固体混合物中XeF₂的物质的量分数是：1-0.25=0.75，
故答案为：0.25或25%；
（2）原溶液中n（SO₄^2-）=n（BaCl₂）=0.4L×4mol/L=1.6mol，
假设原溶液中只有CuSO₄，由Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺可知，则参加反应的n（Fe）=n（CuSO₄）=1.6mol，反应的铁粉质量为：1.6mol×56g/mol=89.6g，
假设原溶液中只有Fe₂（SO₄）₃，由Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄可知，则参加反应的n（Fe）=1.6mol×$\frac{1}{3}$，反应的铁粉质量为：1.6mol×$\frac{1}{3}$×56g/mol=22.9g，
所以21.7g铁粉会完全反应，没有剩余，最后得到16.8g残留固体为铜，
     Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu
    56             64
 m（Fe）          16.8g
m（Fe）=$\frac{16.8g×56}{64}$=14.7g
与Fe₂（SO₄）₃反应的铁粉质量为：21.7g-14.7g=7g，
 Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄
56g    1mol
7g     n[Fe₂（SO₄）₃]
所以 n[Fe₂（SO₄）₃]=$\frac{7g×1mol}{56}$=0.125mol，
根据硫酸根守恒，则n（CuSO₄）=1.6mol-0.125mol×3=1.225mol，
则c（CuSO₄）=$\frac{1.225mol}{0.5L}$=2.45mol/L，
故答案为：2.45．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度较大，难点、易错点为（1），根据题中信息正确书写出反应的化学方程式为解答关键，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学计算能力．