题目内容

14．有铁和氧化铁组成的粉末状混合物19.2g，向其中加入250ml未知浓度的稀硫酸，当固体全部溶解时，放出3.36L氢气（标准状况）．经测定，加入的硫酸实际上消耗了$\frac{3}{5}$，且反应后的溶液中不含三价铁离子．
（l）写出反应的离子方程式Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑．
（2）混合物中铁和氧化铁的质量各为多少？
（3）所加稀硫酸的物质的量浓度是多少？

分析 （1）反应后的溶液中不含三价铁离子，说明发生反应有：氧化铁与氢离子反应生成铁离子和水，铁离子与铁反应生成亚铁离子，铁与氢离子反应生成氢气，据此写出反应的离子方程式；
（2）设出铁和氧化铁的物质的量，利用质量关系、电子守恒列式计算出二者的物质的量，再计算出质量即可；
（3）根据反应过程中硫酸分为两部分，一部分与铁和氧化铁反应，另一部分剩余在溶液中，根据反应中生成产物为硫酸亚铁计算出反应消耗的硫酸，最高价“加入的硫酸实际上消耗了$\frac{3}{5}$”计算出原溶液中硫酸的浓度．

解答 解：（1）将稀硫酸加入铁和三氧化二铁的混合物中，反应后的溶液中不含三价铁离子，则发生反应有：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑，
故答案为：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；Fe+2Fe3+=3Fe2+；Fe+2H+=Fe2++H2↑；
（2）反应后氢离子有剩余，说明铁和氧化铁完全反应，设铁的物质的量为x，氧化铁的物质的量为y，根据质量可得：①56x+160y=19.2；
生成的标况下3.36L氢气的物质的量为：$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，生成0.15mol氢气得到0.15mol×2=0.3mol电子，ymol氧化铁转化成亚铁离子得到2ymol电子，xmol铁失去2xmol电子，根据电荷守恒可得：②2y+0.3=2x，
根据①②组成方程组解得：x=0.2、y=0.05，
所以混合物中铁的质量为：56g/mol×0.2mol=11.2g；氧化铁的质量为：160g/nol×0.05mol=8g，
答：混合物中铁和氧化铁的质量各为 11.2g、8g；
（3）铁、氧化铁和硫酸完全反应后生成FeSO4，根据原子守恒，铁和氧化铁总共消耗的硫酸的物质的量为：n（H2SO4）=n（Fe）+2n（Fe2O3）=0.2mol+0.05mol×2=0.3mol，参与反应的硫酸的物质的量浓度为：c（H2SO4）=$\frac{0.3mol}{0.25L}$=1.2mol/L，
加入的硫酸实际上消耗了$\frac{3}{5}$，由于溶液体积不变，则消耗的硫酸的物质的量浓度为原溶液中硫酸浓度的$\frac{3}{5}$，
所以原溶液中硫酸的浓度为：c（H2SO4）=$\frac{1.2mol/L}{\frac{3}{5}}$=2mol/L，
答：所加稀硫酸的物质的量浓度是2 mol/L．

点评 本题考查了有关混合物的计算，题目难度中等，明确反应实质、反应的先后顺序是解题关键，注意质量守恒、原子守恒在计算出中应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．

练习册系列答案
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