Question

19．若不考虑空气等因素的影响，试计算：
（1）将10g铁粉加入到50mL 2mol•L^-1的稀硫酸中，充分反应后生成的硫酸亚铁物质的量为0.1mol．
（2）将a g生铁（成分是Fe和C）加入到b mL 2mol•L^-1的稀硫酸中，充分反应后生成的氢气c L（标准状况），溶液中有黑色固体剩余．再加入少量稀硫酸，黑色固体不溶解，则生铁中的质量分数是$\frac{2.5c}{a}$（用代数式表示）．
（3）将a g处理过的废铁屑（成分是Fe和Fe₂O₃）加入到b mL 2mol•L^-1的稀硫酸中，生成的氢气c L（标准状况）．充分反应后生成硫酸亚铁的物质的量取值范围为：$\frac{c}{22.4}$mol＜n（FeSO₄）≤2b×10^-3mol（用代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）n（Fe）=$\frac{10g}{56g/mol}$=0.179mol，n（H₂SO₄）=2mol/L×0.05L=0.1mol，二者反应方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，根据方程式知，Fe过量，以硫酸为标准计算硫酸亚铁的物质的量；
（2）充分反应后生成的氢气c L（标准状况），溶液中有黑色固体剩余．再加入少量稀硫酸，黑色固体不溶解，说明Fe完全反应，根据Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑得m（Fe）=n（Fe）．M（Fe）=n（H₂）．M（Fe）=$\frac{c}{22.4}$mol×56g/mol，Fe的质量分数=$\frac{m（Fe）}{m（生铁）}×100%$；
（3）生成硫酸亚铁最少时为Fe和硫酸反应生成氢气，Fe和硫酸铁不反应；生成硫酸亚铁最多时为硫酸根离子完全与亚铁离子结合生成硫酸亚铁，所以生成硫酸亚铁的物质的量大于产生氢气生成的硫酸亚铁的量，小于等于硫酸完全转化为硫酸亚铁的物质的量．

解答 解：（1）n（Fe）=$\frac{10g}{56g/mol}$=0.179mol，n（H₂SO₄）=2mol/L×0.05L=0.1mol，二者反应方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，根据方程式知，Fe过量，以硫酸为标准得n（FeSO₄）=n（H₂SO₄）=0.1mol，
故答案为：0.1mol；
（2）充分反应后生成的氢气c L（标准状况），溶液中有黑色固体剩余．再加入少量稀硫酸，黑色固体不溶解，说明Fe完全反应，根据Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑得m（Fe）=n（Fe）．M（Fe）=n（H₂）．M（Fe）=$\frac{c}{22.4}$mol×56g/mol，Fe的质量分数=$\frac{m（Fe）}{m（生铁）}×100%$=$\frac{\frac{c}{22.4}mol×56g/mol}{ag}$×100%=$\frac{2.5c}{a}$，
故答案为：$\frac{2.5c}{a}$；
（3）生成硫酸亚铁最少时为Fe和硫酸反应生成氢气，Fe和硫酸铁不反应；生成硫酸亚铁最多时为硫酸根离子完全与亚铁离子结合生成硫酸亚铁，根据Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，则FeSO₄～H₂↑，所以n（FeSO₄）=n（H₂）=$\frac{cL}{22.4L/mol}$=$\frac{c}{22.4}$mol，小于等于硫酸完全转化为硫酸亚铁的物质的量，根据硫酸根守恒可知：n（FeSO₄）=b×10^-3L×2mol/L=2b×10^-3mol，所以$\frac{c}{22.4}$mol＜n（FeSO₄）≤2b×10^-3mol，故答案为：$\frac{c}{22.4}$mol；2b×10^-3mol．

点评 本题考查化学方程式的计算，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，难点是（3）题的取值范围的计算，把握哪种情况生成的硫酸亚铁最少、哪种情况生成的硫酸亚铁最多是解本题关键，题目难度中等．