Question

16．把2.0mol/L的CuSO₄和1.0mol/L H₂SO₄溶液各1L混合，假设混合后溶液的体积等于两种溶液混合前的体积之和．计算：
（1）混合溶液的H⁺浓度及pH值；
（2）向上述混合溶液中加入足量铁粉，充分反应后，铁粉有剩余．求放出氢气的体积（标准状态下）此时溶液中Fe²⁺的物质的量浓度．

Answer 1

分析 （1）根据稀释定律，稀释前后溶质的物质的量不变，据此计算混合溶液中H₂SO₄的物质的量浓度，混合后溶液中c（H⁺）=2c（H₂SO₄），再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
（2）向溶液中加入铁粉，经过足够长的时间，铁粉有剩余，则硫酸铜、硫酸都完全反应，根据H原子守恒计算生成氢气物质的量，进而计算氢气体积，此时溶液中溶质为FeSO₄，故c（Fe²⁺）=c（SO₄^2-）．

解答 解：（1）把2.0mol•L^-1CuSO₄和1.0mol•L^-1H₂SO₄溶液各1L混合，根据稀释定律，稀释前后溶质的物质的量不变，则混合后溶液中c（H₂SO₄）=$\frac{1}{2}$×1.0mol/L=0.5mol/L，混合后溶液中c（H⁺）=2c（H₂SO₄）=2×0.5mol/L=1mol/L，则pH=-lgc（H⁺）=0，
答：混合溶液的H⁺浓度为1mol/L，pH值为0；
（2）向溶液中加入铁粉，经过足够长的时间，铁粉有剩余，则硫酸铜、硫酸都完全反应，根据氢原子守恒可知n（H₂）=n（H₂SO₄）=1L×1mol/L=1mol，故氢气体积为1L×22.4L/mol=22.4L，
混合溶液中c（CuSO₄）=$\frac{1}{2}$×2.0mol/L=1.0 mol/L，溶液中硫酸根来源于硫酸铜与硫酸电离，故 c（SO₄^2-）=c（CuSO₄）+c（H₂SO₄）=1mol/L+0.5mol/L=1.5mol/L，此时溶液中溶质为FeSO₄，故c（Fe²⁺）=c（SO₄^2-）=1.5mol/L，
答：标况下生成氢气体积为22.4L，此时溶液中Fe²⁺的物质的量浓度为1.5mol/L．

点评 本题考查物质的量浓度的有关计算、混合物计算，注意对公式的理解与灵活运用，（2）中注意利用守恒法解答，较好地考查学生分析计算能力．