Question

Cu-Fe合金由于长时间置于空气中表面产生了一层氧化膜（成分为Fe₂O₃和CuO），一化学研究性学习小组对其进行如下探究，请按要求完成下列探究报告．
[探究目的]实验测定样品中Fe，Cu的质量．
[探究思路]设计实验测量有关反应物和生成物的量，并通过计算确定样品中Fe，Cu的质量．
[实验探究]（本实验中的气体体积均已换算成标准状况）
①将此合金5.76g置于烧杯中，然后将稀H₂SO₄逐渐缓慢加入至过量，收集产生的气体测得其体积为VmL．过滤得浅绿色溶液A（不含Cu²⁺），还有滤渣B．
②将滤渣B投入到一定浓度的HNO₃中，完全溶解，收集产生的气体，经分析气体是NO和NO₂的混合气体，总体积896mL，其中NO₂体积为224mL．
③将①中所得的滤液加入到足量的稀HNO₃中，充分反应后再加入足量的NaOH溶液，将产生的沉淀全部滤出，充分加热灼烧得红棕色固体，称量该固体的质量为3.2g．
[结果处理]
（1）A中存在的阳离子有

Fe²⁺，H⁺

，滤渣B为

Cu

．
（2）依次写出步骤③中加入HNO₃时发生反应的离子反应方程式

3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O

．
（3）被腐蚀前的合金中Fe的质量为

2.24

g，Cu的质量为

3.2

g．
（4）实验探究①中V为

448

mL．

Answer 1

分析：①合金与硫酸反应生成氢气VmL，n（H₂）=

V

22.4

mol，与酸反应的铁：n（Fe）=

V

22.4

mol，滤渣为铜；
②NO₂体积为224mL，则NO体积为672mL，n（NO₂）=0.224÷22.4=0.01mol，n（NO）=0.672÷22.4=0.03mol，根据得失电子守恒得出铜的物质的量；
③红棕色固体为氧化铁，n（Fe₂O₃）=3.2÷160=0.02mol，根据原子守恒得出铁的物质的量；
根据合金腐蚀前后的质量关系，再结合①②③，灵活运用得失电子守恒得出正确结论．

解答：解：（1）Fe₂O₃和CuO与酸反应生成Fe^2+_和Cu²⁺，Cu²⁺再被铁还原为Cu，酸过量，故A中存在的阳离子有Fe²⁺，H⁺；滤渣B为Cu，
故答案为：Fe²⁺，H⁺；Cu；
（2）①中所得的滤液为硫酸亚铁，与硝酸发生氧化还原反应，方程式为：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案为：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）NO₂体积为224mL，则NO体积为896-224=672mL，n（NO₂）=0.224÷22.4=0.01mol，n（NO）=0.672÷22.4=0.03mol，N由+5价降低为+4价和+2价，Cu由0价升高为+2价，根据得失电子守恒可知：n（Cu）×2=n（NO₂）×1+n（NO）×3=0.01×1+0.03×3=0.1mol，n（Cu）=0.05mol，m（Cu）=0.05×64=3.2g；红棕色固体为氧化铁，故n（Fe₂O₃）=3.2÷160=0.02mol，故n（Fe）=0.02×2=0.04mol，m（Fe）=0.04×56=2.24g，
故答案为：2.24；3.2；
（4）被腐蚀前的合金的质量为2.24+3.2=2.44g，被腐蚀后合金中的质量之和为5.76，质量差为5.76-5.44=0.32g，故m（O）=0.32g，n（O）=0.32÷16=0.02mol；被腐蚀前为铁和铜，被腐蚀后为铁、铜、氧化铁和氧化铁，与酸反应后全部生成Fe²⁺和铜，故整个过程的变化为铁失电子变成Fe²⁺，氧气得到电子变成-2价的O，氢离子得到电子变成氢气，根据得失电子守恒可知：n（Fe）×2=n（0）×2+n（H₂）×2，0.04×2=0.02×2+n（H₂）×2，n（H₂）=0.02mol，故V（H₂）=0.02×22.4=0.448L=448mL，
故答案为：448．

点评：通过实验探究物质的组成是高考热点题型、也是高考难点之一．能否熟练使用得失电子守恒这一规律是解题的关键．