Question

20．取2.0mol•L^-1CuSO₄和1.0mol•L^-1H₂SO₄溶液各100mL混合，假设混合液的体积为200mL
（1）①混合液中SO${\;}_{4}^{2-}$的物质的量为0.3mol
②混合液中c（CuSO₄）=1mol/L，c（H⁺）=1mol/L
（2）将混合液进行如图所示转化：
V=4.48；m=24；a=200．

Answer 1

分析 （1）①n（CuSO₄）=0.1L×2.0mol/L=0.2mol，n（H₂SO₄）=0.1L×1.0mol/L=0.1mol，而溶液中n（SO₄^2-）=n（CuSO₄）+n（H₂SO₄）；
②根据稀释定律，混合前后CuSO₄、H⁺的物质的量不变，据此计算混合溶液中c（CuSO₄）、c（H⁺）；
（2）Fe的物质的量为$\frac{28g}{56g/mol}$=0.5mol，反应生成气体为氢气，说明溶液中Cu²⁺完全反应，由Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄，可知0.2mol CuSO₄完全反应消耗Fe为0.2mol，由Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，可知0.1mol H₂SO₄完全消耗Fe为0.1mol，故共消耗Fe为0.3mol＜0.5mol，则Fe有剩余．
根据H原子守恒计算氢气体积，固体质量为生成的Cu与剩余Fe的质量之和，反应后溶液中加入氢氧化钠，恰好反应得到沉淀，最终溶质为Na₂SO₄，由钠离子、硫酸根守恒可知n（Na）=2n（Na₂SO₄）=2n（H₂SO₄），进而计算NaOH溶液体积．

解答 解：（1）①n（CuSO₄）=0.1L×2.0mol/L=0.2mol，n（H₂SO₄）=0.1L×1.0mol/L=0.1mol，则混合后溶液中n（SO₄^2-）=n（CuSO₄）+n（H₂SO₄）=0.2mol+0.1mol=0.3mol，
故答案为：0.3mol；
②根据稀释定律，混合前后CuSO₄的物质的量不变，则混合液中c（CuSO₄）=$\frac{1}{2}$×2.0mol/L=1mol/L，
混合前后H⁺的物质的量不变，则混合溶液中c（H⁺）=$\frac{1}{2}$×2×1.0mol/L=1mol/L，
故答案为：1mol/L；1mol/L；
（2）Fe的物质的量为$\frac{28g}{56g/mol}$=0.5mol，反应生成气体为氢气，说明溶液中Cu²⁺完全反应，由Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄，可知0.2mol CuSO₄完全反应消耗Fe为0.2mol，由Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，可知0.1mol H₂SO₄完全消耗Fe为0.1mol，故共消耗Fe为0.3mol＜0.5mol，则Fe有剩余，
故n（H₂）=n（H₂SO₄）=0.1mol，则V（H₂）=0.1mol×22.4L/mol=4.48L，则V=4.48；
剩余Fe为0.5mol-0.3mol=0.2mol，故固体质量为0.2mol×64g/mol+0.2mol×56g/mol=24g，则m=24；
反应后溶液中加入氢氧化钠，恰好反应得到沉淀，最终溶质为Na₂SO₄，由钠离子、硫酸根守恒可知n（Na）=2n（Na₂SO₄）=2n（H₂SO₄）=0.2mol，则NaOH溶液体积为$\frac{0.2mol}{1mol/L}$=0.2L=200mL，则a=200，
故答案为：4.48；24；200．

点评 本题考查混合物计算、物质的量难度计算，（2）中关键是明确反应先后顺序判断Fe是否反应完全，侧重考查学生分析计算能力，难度中等．