Question

10．现有铜与另一种金属的混合物粉末，另一种金属可能是镁、铁、锌中的一种，现欲测定其组成．
【查阅资料】（1）镁、铁、锌皆能与稀硫酸发生置换反应，且生成+2价的可溶性金属硫酸盐和氢气．
（2）相对原子质量：Mg-24、Fe-56、Zn-65
【实验步骤及数据】取该混合物粉末8.0g放入烧杯中，将140.0g 14.0%的稀硫酸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下：

次数	1	2	3	4
加入稀硫酸的质量/g	35.0	35.0	35.0	35.0
剩余固体的质量/g	6.821	5.6	4.4	4.2

通过计算（写出计算过程），求：
（1）该混合物粉末中铜的质量分数？
（2）该混合物粉末中另一金属为何种金属？
（3）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？

Answer 1

分析 （1）铜不能与酸发生置换反应，因此，当金属混合物粉末与足量稀硫酸完全反应后，剩余固体质量即为铜的质量；
（2）由于35克硫酸参加反应金属每减少1.2克，由此可以求出第四次参加反应硫酸的质量，根据参加反应金属的质量与参加反应硫酸的质量计算金属的相对原子质量；根据相对原子质量判断金属元素；
（3）第三次加入硫酸充分反应后，由于金属有剩余因而所加稀硫酸完全反应，所得溶液为金属的硫酸盐溶液；根据反应的化学方程式则消耗金属的质量计算出反应生成硫酸盐的质量，所得质量与溶液的质量比即得溶液的质量分数；反应后所得溶液的质量由质量守恒定律进行求得．

解答 解：
（1）分析表格发现，前三次每加入35g硫酸，剩余固体的质量就减少1.2g，但是第四次加入35g硫酸，剩余固体的质量减少0.2g，说明另一种金属已经全部参加反应，剩余固体就是铜，所以铜的质量为4.2g．该混合物粉末中铜的质量分数=$\frac{4.2g}{8g}$×1005=52.5%；
（2）设该金属的相对分子质量为X，该金属为M． 
以第一次加入35g硫酸为例，纯硫酸的质量是35g×14%=4.9g．
 M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑
 x     98
1.2g   4.9g
$\frac{x}{1.2g}=\frac{98}{4.9g}$
∴解得x=24，
根据相对原子质量表，则该金属为Mg．
（3）设MgSO₄的质量为y，H₂的质量为z．
第三次加入硫酸以后，总共加入硫酸的质量是35g×3=105g，则纯硫酸的质量是105g×14%═14.7gg．
Mg+H₂SO₄═MgSO₄+H₂↑
     98   120   2
     14.7g  y    z
$\frac{98}{14.7g}=\frac{120}{y}=\frac{2}{z}$
y=18g
z=0.3g
MgSO₄溶液的质量分数为：$\frac{18g}{105g+3.6g-0.3g}$×100%≈16.6%
答：该混合物粉末中铜的质量分数是52.5%；该混合物粉末中另一金属为金属镁；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16.6%．

点评 根据质量守恒定律，第三次加入稀硫酸充分反应后所得溶液的质量=参加反应金属的质量+三次所加稀硫酸的质量-反应放出氢气的质量；利用根据守恒定律化复杂的溶液计算为简便明了．