Question

11．将某CuO和铜粉的混合物样品加入混有H₂SO₄的Fe₂（SO₄）₃溶液中，样品完全溶解时（溶液体积为1L），溶液中Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、H⁺四种离子物质的量之比为1：4：3：1（不考虑盐的水解及溶液体积的变化）．若测得反应后溶液的pH=1，求：
（1）CuO的质量；
（2）原溶液中H₂SO₄的物质的量浓度．

Answer 1

分析 （1）先根据溶液的pH计算出溶液中氢离子的浓度，根据溶液中Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、H⁺的物质的量之比计算出溶液中各离子的浓度，根据n=cV计算Cu²⁺的物质的量，根据Cu原子守恒计算CuO物质的量，根据m=nM计算CuO质量；
（2）根据电荷守恒计算反应后溶液中硫酸根离子的浓度，根据铁元素质量守恒计算出原溶液中铁离子的物质的浓度及硫酸铁电离产生的硫酸根离子的浓度，进而计算硫酸的物质的量浓度．

解答 解：（1）溶液的pH=1，则氢离子浓度为：c（H⁺）=0.1mol/L，
根据c=$\frac{n}{V}$可知，物质的量之比等于物质的量浓度之比，则反应后的溶液中：
c（Fe³⁺）=c（H⁺）=0.1mol/L，
c（Fe²⁺）=4c（H⁺）=0.4mol/L，
c（Cu²⁺）=3c（H⁺）=0.3mol/L，
由Cu原子守恒n（CuO）=（Cu²⁺）=1L×0.3mol/L=0.3mol，故m（CuO）=0.3mol×64g/mol=19.2g，
答：CuO的质量为19.2g；
（2）根据电荷守恒可得：3c（Fe³⁺）+c（H⁺）+2c（Fe²⁺）+2c（Cu²⁺）=2c（SO₄^2-），所以溶液中硫酸根离子浓度为：c（SO₄^2-）=$\frac{1}{2}$[3c（Fe³⁺）+c（H⁺）+2c（Fe²⁺）+2c（Cu²⁺）]=$\frac{1}{2}$×[0.1mol/L×3+0.4mol/L×2+0.1mol/L×1+0.3mol/L×2]=0.9mol/L，
根据铁元素守恒，总的铁离子的物质的量浓度为：0.1mol/L+0.4mol/L=0.5mol/L，则原硫酸铁中硫酸根离子的浓度为：0.5mol/L×$\frac{3}{2}$=0.75mol/L，
原溶液中硫酸的物质的量浓度为：0.9mol/L-0.75mol/L=0.15mol/L，
答：原溶液中H₂SO₄的物质的量浓度为0.15mol/L．

点评 本题考查了有关混合物组成的计算，题目难度中等，注意利用电荷守恒、原子守恒进行计算．