Question

17．为确定CuO和Fe₂O₃混合粉末中氧化铁的含量，某同学做了如下实验并得到相应数据：取W g该混合物在H₂流中加热，充分反应后，得到的残留固体的质量为（W-5.6）g；另取W g该混合物用足量的稀硫酸溶解，之后加入50g铁屑，反应共生成1.12L（标准状况）气体，滤出固体残留物并洗涤，烘干，称得其质量为42g．计算混合物中Fe₂O₃的质量分数．

Answer 1

分析 Wg该混合物在H₂流中加热，充分反应后，减少的质量为混合物中氧元素的质量，则混合物中含有氧元素的物质的量为：$\frac{5.6g}{16g/mol}$=0.35mol；
另取Wg该混合物用足量的稀硫酸溶解，反应生成硫酸铜和硫酸铁，之后加入50g铁屑，反应共生成1.12L（标准状况）气体，该气体为氢气，滤出固体残留物并洗涤，烘干，称的其质量为42g，该残留物为Fe和Cu的混合物，固体加入的铁屑的质量减少了（50-42）g=8g，反应前后固体质量变化的原因为：生成氢气消耗Fe、与铁离子反应消耗铁及Fe与铜离子反应生成铜的质量差，设原混合物中CuO和Fe₂O₃的物质的量分别为x、y，根据氧元素守恒可知：x+3y=0.35，根据加入铁屑后固体质量变化可得：56（y+$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$）-8x=8，据此进行计算出氧化铜、氧化铁的物质的量，再根据m=nM计算出混合物总质量，从而可计算出原混合物中氧化铁的质量分数．

解答 解：取W g该混合物在H₂流中加热，充分反应后，得到的残留固体的质量为（W-5.6）g，减少的质量为混合物中氧元素的质量，则混合物中含有氧元素的物质的量为：$\frac{5.6g}{16g/mol}$=0.35mol；
另取W g该混合物用足量的稀硫酸溶解，反应生成硫酸铜和硫酸铁，之后加入50g铁屑，反应共生成1.12L（标准状况）气体，该气体为氢气，滤出固体残留物并洗涤，烘干，称的其质量为42g，该残留物为Fe和Cu的混合物，固体加入的铁屑的质量减少了（50-42）g=8g，反应前后固体质量变化的原因为：生成氢气消耗Fe、与铁离子反应消耗铁及Fe与铜离子反应生成铜的质量差，
设原混合物中CuO和Fe₂O₃的物质的量分别为x、y，
根据氧元素守恒可知：x+3y=0.35，
根据加入铁屑后固体质量变化可得：56（y+$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$）-8x=8，
联立解得：x=0.05mol、y=0.1mol，
则原混合物中含有氧化铁的物质的量为0.1mol，质量为：160g/mol×0.1mol=16g，
原混合物中含有氧化铜的质量为：80g/mol×0.05mol=4g，
所以原混合物中氧化铁的质量分数为：$\frac{16g}{16g+4g}$×100%=80%，
答：混合物中Fe₂O₃的质量分数为80%．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，明确反应后前后质量不会的根本原因为解答关键，注意掌握差量法在化学计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．