Question

今有一包铁粉和铜粉混合粉末，为确定其组成，现提供4mol/L的FeCl₃溶液（其它用品略），某合作学习小组同学的实验结果如下（假定反应前后溶液体积不变）：

组别	①	②	③	④
V[FeCl3（aq）]/mL	100	100	100	100
混合粉末质量/g	6	13.2	24	36
反应后剩余固体质量/g	0	1.28	12.8	24.8

下列结论正确的是（　　）

• A、原混合粉末中n（Fe）：n（Cu）=3：2
• B、第①组反应后溶液中c（Fe³⁺）=3.0mol/L
• C、第②组剩余固体是铜铁混合物
• D、第④组反应后的滤液中c（Fe²⁺）=6.0 mol/L

Answer 1

考点：有关混合物反应的计算,铁盐和亚铁盐的相互转变

专题：几种重要的金属及其化合物

分析：铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固体是铜或铁和铜，
从第②组数据，可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，100mL FeCl₃溶液能溶解金属质量13.2g-1.28g=11.92g，大于第①组溶解的金属质量，故第①组金属完全反应、FeCl₃有剩余；
第②组实验中FeCl₃溶液全部参与反应，其物质的量为=0.1L×4mol/L=0.4mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应Fe的物质的量为0.2mol，则溶解的Fe的质量为0.2mol×56g/mol=11.2g＜11.92g，所以同时也有一部分Cu溶解，所以剩余的固体全部为Cu；
第③组实验中溶解金属为24g-12.8g=11.2g，混合物中Fe恰好完全反应、Cu不反应，剩余12.8g为Cu，即24g混合物中Cu的质量为12.8g，则混合物中m（Fe）：m（Cu）=11.2g：12.4g=7：8；
故第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂；
A．结合第③组中Fe、Cu的质量，根据n=

m

M

计算解答；
B．根据转移电子守恒计算剩余铁离子浓度；
C．根据第②组数据确定固体成分；
D．根据氯原子守恒计算第④组反应后的滤液中c（Fe²⁺）．

解答： 解：铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固体是铜或铁和铜，
从第②组数据，可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，100mL FeCl₃溶液能溶解金属质量13.2g-1.28g=11.92g，大于第①组溶解的金属质量，故第①组金属完全反应、FeCl₃有剩余；
第②组实验中FeCl₃溶液全部参与反应，其物质的量为=0.1L×4mol/L=0.4mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应Fe的物质的量为0.2mol，则溶解的Fe的质量为0.2mol×56g/mol=11.2g＜11.92g，所以同时也有一部分Cu溶解，所以剩余的固体全部为Cu；
第③组实验中溶解金属为24g-12.8g=11.2g，混合物中Fe恰好完全反应、Cu不反应，剩余12.8g为Cu，即24g混合物中Cu的质量为12.8g，则混合物中m（Fe）：m（Cu）=11.2g：12.4g=7：8；
故第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂；
A．第③组中Fe、Cu的质量分别是11.2g、12.4g，根据n=

m

M

知，n（Fe）：n（Cu）=

11.2g

56g/mol

：

12.8g

64g/mol

=0.2mol：0.2mol=1：1，故A错误；
B．混合物中n（Fe）：n（Cu）=1：1，根据①知，6g混合物中n（Fe）=n（Cu）=

6g

(56+64)g/mol

=0.05mol，该反应中转移电子守恒，则消耗n（Fe³⁺）=

n(Cu)×2+n(Fe)×2

1

=

0.05mol×2+0.05mol×2

1

=0.2mol，则剩余c（Fe³⁺）=

4mol/L×0.1L-0.2mol

0.1L

=2mol/L，故B错误；
C．根据第②组数据知，剩余的固体全部为Cu，故C错误；
D．第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂，则溶液中存在c（Fe²⁺）=

1

2

c（Cl^-）=

3

2

c（FeCl₃）=

3

2

×4mol/L=6.0 mol/L，故D正确；
故选D．

点评：本题考查混合物的计算，明确物质反应先后顺序及各组剩余固体成分是解本题关键，再结合转移电子守恒、原子守恒进行解答，同时考查学生思维缜密性，题目难度中等．