Question

14．某金属混合物的主要成分是锌、铁和铜，课外兴趣小组将500克稀硫酸溶液不断加到50克金属混合物中得到如下数据：

次数	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次
加入稀硫酸溶液的质量/克	100	100	100	100	100
剩余固体的质量/克	37	24.9	a	3	3

（1）该50克金属混合物中含有铜3克．
（2）其所用稀硫酸溶液的溶质质量分数为多少？
（3）表格中“a”的值为13.7．

Answer 1

分析 在锌、铁和铜三种金属，锌和铁都能和硫酸反应，只有铜不和硫酸反应，所以不断加入硫酸最后剩余的是铜，也就是铜的质量为3g．由于锌铁的活动性是锌比铁活泼，根据金属反应的优先原则，锌先和硫酸反应，等到锌完全后铁才能和硫酸反应．

解答 解：在锌、铁和铜三种金属，锌和铁都能和硫酸反应，只有铜不和硫酸反应，所以不断加入硫酸最后剩余的是铜，也就是铜的质量为3g．由于锌铁的活动性是锌比铁活泼，根据金属反应的优先原则，锌先和硫酸反应，等到锌完全后铁才能和硫酸反应．
消耗等质量的硫酸消耗的锌和铁的质量为65：56，也就是当加入等质量的酸，如果是同种金属，则引起的固体质量变化相等，而现在加入第一硫酸，引起的质量变化为13g，而第二次是12.1g，说明第一次加入酸，只有锌参加了反应，第二次是锌和铁参加的反应．此时也可以分析如果100g硫酸消耗的铁的质量为$\frac{56}{65}$×13g=11.2g．而当加入第三次硫酸的时候只有铁和硫酸反应，所以可知固体在24.9g的基础上减少了11.2g，所以a=24.9g-11.2g=13.7g，根据这个分析可知继续加入100g硫酸，所以在13.7的基础上继续减少11.2g剩余2.5g，结果是剩余3g，说明硫酸过量，铁完全反应．也印证了前面分析的100g硫酸对应锌的减少量为13g，对应的铁的减少量为11.2g的结论是正确的．
计算硫酸的质量分数可以用“100g硫酸对应锌的减少量为13g“或者”100g硫酸对应的铁的减少量为11.2g“．
设100g硫酸中溶质的质量为x．
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
65    98
13g   x
$\frac{65}{98}$=$\frac{13g}{x}$
x=19.6g
或者
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56    98
11.2g   x
$\frac{56}{98}$=$\frac{11.2g}{x}$
x=19.6g
则硫酸中溶质的质量分数为$\frac{19.6g}{100g}×$100%=19.6%
答：（1）该50克金属混合物中含有铜 3克．
（2）其所用稀硫酸溶液的溶质质量分数为19.6%
（3）表格中“a”的值为 13.7．

点评 题目借助数据分析将金属活动性的优先原则进行运用，解题中很容易忽略，也很难理解数据变化的规律．所以要综合分析金属反应的优先原则以及反应的质量关系．