Question

18．将6g的铁粉加入200mL Fe₂（SO₄）₃和CuSO₄的混合溶液，充分反应得到200mL0.5mol/L  FeSO₄溶液和5.2g固体沉淀物．求：
（1）反应后固体的成分及其质量； （2）原混合溶液中Fe³⁺的浓度．

Answer 1

分析 因氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺，则加入铁粉，先发生Fe+Fe₂ （SO₄）₃=3FeSO₄，5.2g固体沉淀物一定有铜，则后发生Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，
反应后溶液中含有Fe²⁺的物质的量=0.5mol•L^-1×0.2L=0.1mol＜$\frac{6g}{56g/mol}$，说明加入的6g铁粉过量，
设硫酸铁反应消耗铁的物质的量为x，生成铜的物质的量为y，
Fe+Fe₂ （SO₄）₃=3FeSO₄
1mol  1mol      3mol 
xmol  xmol      3xmol  
 Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu
1mol 1mol 1mol  1mol
ymol ymol ymol  ymol
则：3x+y=0.1mol、6g-56x+8y=5.2g，
解得：x=0.02mol、y=0.04mol，
即原溶液中含有0.02mol硫酸铁，反应后生成了0.04molCu，据此进行解答．

解答 解：溶液中含有Fe²⁺：0.5mol•L^-1×0.2L=0.1mol＜$\frac{6g}{56g/mol}$，
所以6g铁粉过量，设硫酸铁反应消耗铁的物质的量为x，生成铜的物质的量为y，
Fe+Fe₂ （SO₄）₃=3FeSO₄
1mol  1mol      3mol 
xmol  xmol      3xmol  
 Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu
1mol 1mol 1mol  1mol
ymol ymol ymol  ymol
则：3x+y=0.1mol、6g-56x+8y=5.2g，
解得：x=0.02mol、y=0.04mol，
（1）故反应得生成铜质量为：0.04mol×64g•mol^-1=2.56g，剩余铁的质量为：5.2-2.56=2.64g，
答：反应后固体为铁和铜的混合物，其中含有2.56gCu，2.64gFe；
（2）原溶液中Fe₂（SO₄）₃物质的量为：n[Fe₂（SO₄）₃]=0.02mol，则n（Fe³⁺）=2n[Fe₂（SO₄）₃]=0.04mol，
原溶液中铁离子浓度为：c（Fe³⁺）=$\frac{0.04mol}{0.2L}$=0.2mol/L，
答：原溶液中Fe³⁺浓度为0.2 mol/L．

点评 本题考查混合物反应的计算，题目难度中等，明确发生反应的实质及氧化性的强弱、反应的先后顺序是解答本题的关键，试题培养了学生的化学计算能力．