Question

17．现有铜与金属镁、铁、锌中的一种组成的混合物，现欲测定其组成．
【查阅资料】镁、铁、锌皆能与稀硫酸发生置换反应，且生成+2价的可溶性金属化合物和氢气．
【实验步骤及数据】取该混合物粉末8.0g放入烧杯中，将140.0g 溶质的质量分数为14.0%的稀硫酸平均分四次加入该烧杯中，充分反应后，测得剩余固体质量数据记录如图1：

通过计算（写出计算过程），求：
（1）该混合物中铜的质量分数？
（2）第三次加入硫酸充分反应后，所得溶液中溶质的质量分数是多少？
（3）实验室有一瓶浓硫酸，如图2，仔细观察标签：现要将100g这种浓硫酸稀释为质量分数为实验所用的稀硫酸，需要加水的质量是600g．请写出稀释时应注意事项将浓硫酸慢慢倒入水中，并不断搅拌．

Answer 1

分析 （1）由前三次所加稀硫酸后固体剩余物的质量可得出，每次加入稀硫酸充分反应后固体质量减少1.2g，而第4次加入等量稀硫酸充分反应后固体质量只减少4.4g-4.2g=0.2g小于1.2g，说明固体中能与稀硫酸反应的金属已完全反应，剩余的全部为不能与硫酸反应的金属铜；
（2）根据金属与酸反应的化学方程式，由消耗金属与硫酸的质量，计算出金属的相对原子质量并判断金属元素；再利用硫酸的质量计算生成的硫酸盐的质量及反应放出氢气的质量；最后利用所得溶液中溶质的质量分数=$\frac{生成的硫酸盐的质量}{反应后溶液的质量}$×100%，计算出溶液的质量分数；其中反应后溶液质量可利用质量守恒定律求出．
（2）利用稀释前后溶质的质量不变列方程解决．

解答 解：（1）混合物中Cu的质量分数=$\frac{4.2g}{8g}$×100%=52.5%
（2）设M金属单质的相对原子质量为X，所得溶液中MSO₄的质量为y，生成H₂的质量为z．
第3次加入稀硫酸充分反应后，前三次共消耗金属的质量=8.0g-4.4g=3.6g，
前三次共消耗硫酸的质量=$\frac{140.0g}{4}$×3×14%=14.7g
    M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑
    x  98   x+96  2
 3.6g  14.7g   y  z
则$\frac{x}{3.6g}=\frac{98}{14.7g}$，解得x=24，可判断该金属是镁；
则$\frac{98}{14.7g}$=$\frac{24+96}{y}$，解得y=18g，
则$\frac{98}{14.7g}$=$\frac{2}{z}$，解得z=0.3g，
MSO₄溶液的质量分数为$\frac{18g}{105g+3.6g-0.3g}$×100%≈16.6%．
（3）设100g这种浓硫酸稀释为质量分数为14%的硫酸，需要水的质量为x．
100g×98%═（100g+x）×14%，解得x═600g．
答：现要将100g这种浓硫酸稀释为质量分数为实验所用的稀硫酸，需要加水的质量是600g．稀释时应注意事项将浓硫酸慢慢倒入水中，并不断搅拌．
故答案为：
（1）52.5%； （2）确定是镁； 16.6%；（3）600克；将浓硫酸慢慢倒入水中，并不断搅拌．

点评 反应后所得溶液的质量可根据质量守恒定律进行计算，反应后溶液的质量=前三次所加稀硫酸的质量+前三次反应消耗金属的质量-反应放出氢气的质量．