Question

3．在15g铁和氧化铁的混合物中加入150mL稀H₂SO₄放出氢气1.68L（标准状况）．当反应停止后，铁和氧化铁均无剩余，且溶液中无Fe³⁺存在．为了中和过量H₂SO₄，并使Fe²⁺完全转化为Fe（OH）₂沉淀，共耗用3mol/L NaOH溶液200mL．求：
（1）混合物中铁的质量为7g
（2）稀H₂SO₄的物质的量浓度为2mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）铁和氧化铁均无剩余，且溶液中无Fe³⁺存在，反应生成FeSO₄，设Fe、氧化铁的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量及电子转移守恒列方程计算解答；
（2）铁和氧化铁与硫酸反应后溶液中溶质为FeSO₄、H₂SO₄，加入NaOH使Fe²⁺完全转化为Fe（OH）₂沉淀，产生反应后的溶液溶质只有Na₂SO₄，根据硫酸根守恒则n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄），根据钠离子守恒则n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH），进而计算硫酸的物质的量浓度．

解答 解：（1）铁和氧化铁与硫酸反应均无剩余，且溶液中无Fe³⁺存在，反应生成FeSO₄，生成氢气为$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=0.075mol，
设Fe、氧化铁的物质的量分别为xmol、ymol，则：
根据二者质量，可得：56x+160y=15
根据电子转移守恒，可得：2x=2y+0.075×2
联立方程，解得x=0.125，y=0.05
故m（Fe）=0.125mol×56g/mol=7g，
故答案为：7；
（2）铁和氧化铁与硫酸反应后溶液中溶质为FeSO₄、H₂SO₄，加入NaOH使Fe²⁺完全转化为Fe（OH）₂沉淀，产生反应后的溶液溶质只有Na₂SO₄，根据硫酸根守恒则n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄），根据钠离子守恒则n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×3mol/L×0.2L=0.3mol，c（H₂SO₄）=$\frac{0.3mol}{0.15L}$=2mol/L，
故答案为：2．

点评 本题考查混合物计算，清楚发生的反应是解题关键，注意利用守恒思想计算，侧重学生分析计算能力的考查，难度中等．