Question

将Cu和CuO的混合物3.40g，加入13.0mL浓H₂SO₄（过量）中加热，当混合物完全溶解后，冷却，加水至500mL，向此溶液中加入24.1g细铁粉，直至反应放出3.36L气体（标准状况），滤出不溶物，洗涤、干燥称量，质量为16.1g，求：
（1）最后所得的溶液中的溶质及物质的量浓度； 
（2）原混合物中Cu和CuO的质量； 
（3）原浓硫酸的物质的量浓度．

Answer 1

考点：有关混合物反应的计算

专题：

分析：反应后溶液稀释后，加入Fe，发生反应：Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺，Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，反应最终得到不溶物质量为16.1g，大于3.4g，故16.1g为Fe、Cu的混合物，3.36L为氢气体积，最终溶液中溶质为FeSO₄，根据方程式计算生成氢气消耗Fe的质量，再利用反应Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺中差量法计算与铜离子反应的Fe的质量、16.1g不溶物中Cu的质量；
（1）根据Fe元素守恒计算n（FeSO₄），进而计算c（FeSO₄）；
（2）设Cu、CuO物质的量分别为xmol、ymol，根据二者总质量、Cu元素守恒列方程计算解答；
（3）反应中硫酸部分转化为SO₂，部分最终转化为FeSO₄，根据原混合物中Cu的物质的量，利用电子转移守恒计算n（SO₂），根据硫元素守恒n（H₂SO₄）=n（SO₂）+n（FeSO₄），进而计算c（H₂SO₄）．

解答： 解：反应后溶液稀释后，加入Fe，发生反应：Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺，Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，反应最终得到不溶物质量为16.1g，大于3.4g，故16.1g为Fe、Cu的混合物，3.36L为氢气体积，最终溶液中溶质为FeSO₄，
Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
56g          22.4L
m            3.36L
故m=

56g×3.36L

22.4L

=8.4g
故Fe与铁离子反应导致固体质量增重为16.1g-（24.1g-8.4g）=0.4g
Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺ 质量增重
     56  64      8
     x    y      0.4g
故x=

0.4g×56

8

=2.8g，y=

0.4g×64

8

=3.2g
即16.1g不溶物中Cu的质量为3.2g
（1）参加反应Fe的总物质的量为：

8.4g+2.8g

56g/mol

=0.2mol，根据Fe元素守恒：n（FeSO₄）=n_反应（Fe）=0.2nmol，故c（FeSO₄）=

0.2mol

0.5L

=0.4mol/L，
答：最后所得的溶液中的溶质为FeSO₄，其物质的量浓度为0.4mol/L；
（2）由Cu元素守恒可知，原混合物中Cu原子物质的量为

3.2g

64g/mol

=0.05mol，
设Cu、CuO物质的量分别为xmol、ymol，根据二者总质量、Cu元素守恒，则：

x+y=0.05 64x+80y=3.4

解得x=0.0375，y=0.0125
故原混合物中Cu质量为0.0375mol×64g/mol=2.4g
CuO的质量为0.0125mol×80g/mol=1g
答：原混合物中Cu质量为2.4g，CuO的质量为1g；
（3）反应中硫酸部分转化为SO₂，部分最终转化为FeSO₄，根据电子转移守恒n（SO₂）=

0.0375mol×2

6-4

=0.0375mol，根据硫元素守恒n（H₂SO₄）=n（SO₂）+n（FeSO₄）=0.0375mol+0.2mol=0.2375mol，故c（H₂SO₄）=

0.2375mol

0.013L

=18.3mol/L，
答：原浓硫酸的浓度为18.3mol/L．

点评：本题考查混合物计算，题目过程复杂、计算量大，属于易错题目，根据是判断16.1g不溶物成分，进而判断最终溶液溶质，再利用结合方程式、守恒法计算解答，侧重考查学生分析计算能力，难度较大．