Question

6．铁及其化合物在生产生活中应用广泛，如铁红（Fe₂O₃）可作为颜料，电子工业常用一定浓度的FeCl₃溶液腐蚀敷有铜箔的绝缘板，制成印刷线路板． aFe₂（SO₄）₃•b（NH₄）₂SO₄•cH₂O
（硫酸铁铵）常用于生活饮用水、工业循环水的净化处理．
（1）现有一含有Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物样品，测得n（Fe）：n（O）=1：1.375，则该样品中Fe₂O₃的物质的量分数为0.33．（结果保留2位有效数字）
（2）CuO和Fe₂O₃的混合物9.6g在高温下与足量的CO充分反应，反应后全部气体用100mL 1.2mol/L Ba（OH）₂ 溶液吸收，生成15.76g白色沉淀．则吸收气体后溶液中的溶质的化学式为Ba（OH）₂、Ba（HCO₃）₂，混合物中CuO和Fe₂O₃的物质的量之比为1：1．
（3）称取某硫酸铁铵样品7.00g，将其溶于水配制成100mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到1.07g沉淀；向另一份溶液中加入含0.025molBa （NO₃）₂的溶液，恰好完全反应，求该硫酸铁铵的化学式．
（4）现将一块敷有铜箔的绝缘板浸入800mL 3mol/L的FeCl₃溶液中，一段时间后，将该线路板取出，向溶液中加入铁粉56.0g，充分反应后剩余固体51.2g，求所得溶液中溶质的物质的量浓度（忽略反应前后溶液体积的变化）．

Answer 1

分析 （1）设Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物的物质的量分别是x、y，根据原子守恒结合n（Fe）：n（O）=1：1.375进行计算即可；
（2）CuO、Fe₂O₃混合物跟足量CO充分反应，固体减少质量为混合物中含有的氧元素的质量，根据n=$\frac{m}{M}$计算混合物中氧原子的物质的量，令混合物中CuO、Fe₂O₃的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量之和与氧原子的物质的量之和，列方程计算；
（3）根据元素守恒结合发生的转化来计算；
（4）氯化铁溶解铜生成氯化亚铁和氯化铜，反应后溶液溶液中加入铁粉，剩余固体质量小于Fe粉的质量，则溶解Cu后溶液中还有剩余的FeCl₃，加入铁粉先发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，然后发生：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，最终有固体剩余，则Fe³⁺完全反应，溶液中含有溶质FeCl₂，假设反应后溶液中没有CuCl₂，根据氯离子守恒可知溶液中FeCl₂为$\frac{0.8L×3mol/L×3}{2}$=3.6mol，则加入的Fe应为3.6mol-0.8L×3mol/L=1.2mol，而实际加入Fe为$\frac{56g}{56g/mol}$=1mol＜1.2mol，故溶液中一定含有CuCl₂，根据Fe原子守恒计算溶液n（FeCl₂），再根据氯离子守恒计算n（CuCl₂），进而计算溶液中各溶质浓度．

解答 解：（1）设：Fe₂O₃和Fe₃O₄的混合物的物质的量分别是x、y，则n（Fe）：n（O）=（2x+3y）：（3x+4y）=1：1.375，x：y=1：2，则该样品中Fe₂O₃的物质的量分数为$\frac{1}{3}$×100%=33%，故答案为：33%；
（2）CuO、Fe₂O₃混合物跟足量CO充分反应，反应后全部气体是二氧化碳，固体减少质量为混合物中含有的氧元素的质量，用100mL 1.2mol/L Ba（OH）₂ 溶液吸收，生成15.76g即0.08mol白色沉淀碳酸钡，根据碳元素守恒，产生的二氧化碳是0.08mol，100mL 1.2mol/L Ba（OH）₂ 溶液中氢氧化钡的物质的量是0.12mol，二氧化碳和氢氧化钡按照物质的量之比是2：3进行反应，反应得到的溶液是Ba（OH）₂、Ba（HCO₃）₂的混合溶液，令混合物中CuO、Fe₂O₃的物质的量分别为xmol、ymol，则：x+3y=0.16，80x+160y=9.6，解得x=0.04mol，y=0.04mol，所以混合物中CuO和Fe₂O₃的物质的量之比为1：1，
故答案为：Ba（OH）₂、Ba（HCO₃）₂；1：1；
（3）称取7.00g样品，将其溶于水配置成100mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到1.07g沉淀，应为Fe（OH）₃，
n（Fe（OH）₃）=$\frac{1.07g}{107g/mol}$=0.01mol，向另一份溶液中加入0.025mol Ba（NO₃）₂溶液，恰好完全反应，则n（SO₄^2-）=0.025mol，所以7.00g样品中含有Fe₂（SO₄）₃0.01mol，其中含的n（SO₄^2-）为0.05mol，则（NH₄）₂SO₄为0.05mol-0.01×3mol=0.02mol，则m（H₂O）=7.00g-0.01mol×400g/mol-0.02mol×132g/mol=0.72g，n（H₂O）=0.04mol，n（Fe₂（SO₄）₃）：n（（NH₄）₂SO₄）：n（H₂O）=0.01：0.02：0.02=1：2：2，所以化学式为Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O，
答：该硫酸铁铵的化学式为Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O）；
（4）氯化铁溶解铜生成氯化亚铁和氯化铜，反应后溶液溶液中加入铁粉，剩余固体质量小于Fe粉的质量，则溶解Cu后溶液中还有剩余的FeCl₃，加入铁粉先发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，然后发生：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，最终有固体剩余，则Fe³⁺完全反应，溶液中含有溶质FeCl₂，假设反应后溶液中没有CuCl₂，根据氯离子守恒可知溶液中FeCl₂为$\frac{0.8L×3mol/L×3}{2}$=3.6mol，则加入的Fe应为3.6mol-0.8L×3mol/L=1.2mol，而实际加入Fe为$\frac{56g}{56g/mol}$=1mol＜1.2mol，故溶液中一定含有CuCl₂，
根据Fe原子守恒，溶液n（FeCl₂）=n（FeCl₃）+n（Fe）=0.8L×3mol/L+1mol=3.4mol，则溶液c（FeCl₂）=$\frac{3.4mol}{0.8L}$=4.25mol/L，
根据氯离子守恒，n（CuCl₂）=$\frac{1}{2}$×（0.8L×3mol/L×3-3.4mol×2）=0.2mol，则溶液c（CuCl₂）=$\frac{0.2mol}{0.8L}$=0.25mol/L，
答：最终所得溶液中FeCl₂为4.25mol/L、CuCl₂为0.25mol/L．

点评 本题考查混合物和溶液组成的有关计算知识，关键是利用假设法判断溶液中溶质，侧重考查学生分析计算能力，难度较大．