题目内容
【题目】铁粉和氧化铁粉末的混合物共13.6g,加入到200mL的稀硫酸中,固体完全溶解,得到标准状况下1.12L氢气。经测定,反应后的溶液中c(H+)为0.200mol·L-1,且无Fe3+(忽略反应前后溶液体积变化)。请计算:
(1)反应中放出氢气的质量为___________________。
(2)原混合物中铁和氧化铁的物质的量之比为___________________。
(3)原稀硫酸的物质的量浓度为________________ mol·L-1。
【答案】 0.100 2∶1 1.10
【解析】把铁粉和氧化铁粉末加入稀硫酸,氧化铁先溶解生成Fe3+,由于Fe3+的氧化性强于H+,所以单质铁与Fe3+先反应,然后再与H+反应放出H2,根据题意可知n(H2)=0.05mol,反应后溶液中c(H+)为0.200mol·L-1,说明硫酸过量0.02mol,溶液中无Fe3+,则溶液中的溶质只有FeSO4。根据上述分析,则:
(1)反应中放出氢气的质量m=0.05mol×2g/mol=0.100g,根据题目数据可知,要保留3位有效数字;
(2)设原混合物中铁的物质的量为xmol,氧化铁的物质的量为ymol,得56x+160y=13.6,溶液中发生的反应如下:反应①Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O,反应②Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4,反应③Fe+H2SO4 =FeSO4+H2↑,可推出x-0.05=y,联立求得x=0.1mol,y=0.05mol,所以原混合物中铁和氧化铁的物质的量之比为2∶1;
(3)根据上述分析,反应①消耗n(H2SO4)=0.15mol,反应③消耗n(H2SO4)=0.05mol,反应后剩余n(H2SO4)=0.02mol,所以原稀硫酸的物质的量浓度c(H2SO4)= =1.10mol/L。
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