Question

将一些氧化铜粉末加入到100克质量分数为14%的硫酸溶液中，微热至氧化铜全部溶解，再向蓝色溶液中加入W克铁粉，充分反应后，过滤，烘干，得到干燥的固体物质仍是Wg，求：
（1）原先氧化铜的质量是多少？
（2）最后得到的溶液中溶质的质量分数为多少？
（3）当W为何值时才能满足加入的铁粉和得到的固体质量相等？

Answer 1

分析：（1）硫酸铜溶液中加入铁发生：CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu，铁转化出铜是一个使固体质量增加的过程，如质量不变，则还应存在反应Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑；
（2）最后生成的溶质是FeSO₄，它是由两部分生成的．第一部分与CuSO₄反应得到的FeSO₄，第二部分是铁与剩余硫酸生成的FeSO₄，反应后溶液中总共含有FeSO₄为两部分的质量和；根据质量守恒定律，反应后所得溶液总质量=100g稀硫酸+氧化铜的质量+铁的质量-析出的铜的质量（与铁的质量相等）-氢气质量，由于参加反应铁的质量与析出固体的质量相等，所以，反应后所得溶液的总质量=100g稀硫酸+氧化铜的质量-氢气质量．则最后得到溶液的质量分数为生成FeSO₄的总质量与反应后所得溶液总质量的比；
（3）因为铁与硫酸铜反应生成铜，固体质量增加，根据加入Wg铁粉，与硫酸铜反应后得到固体物质为Wg可知，铁粉没有完全反应，剩余的铁粉与稀硫酸反应，最后得到的Wg固体物质为铜的质量，根据Wg铜完全来自氧化铜，故可以计算出W的值．

解答：解：（1）发生的反应有①CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O、②Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu、③Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，设含有xmolCuO，且反应③消耗ymolFe，
①CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
  xmol xmol    xmol
②Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu△m
  xmol  xmol      xmol  8xg
③Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，
ymol  ymol  
因反应前后固体质量不变，则有8x=56y，固体中肯定存在剩余的铁粉，则硫酸应完全反应，则有x+y=

100×14%

98

=

14

98

，
解之得：x=

1

8

，y=

1

56

，所以m（CuO）=

1

8

mol×80g/mol=10g，
答：原先氧化铜的质量是10g；
（2）最后得到的溶液为FeSO₄，n（FeSO₄）=n（H₂SO₄）=

14

98

mol，则m（FeSO₄）=

14

98

mol×152g/mol=21.71g，
n（H₂）=

1

56

mol，m（H₂）=

1

28

g，
则溶液的质量为100g+10g+

1

28

g=109.96g，
最后得到溶液的质量分数=

21，71

109.96

×100%=19.73%，
答：最后得到的溶液中溶质的质量分数为19.73%；
（3）Wg铜完全来自氧化铜，根据质量守恒定律的元素守恒，则W=

64

80

×100%×10g=8g，
当W取值为等于或大于8g时，才能满足加入铁粉和得到固体质量相等的要求．
答：当W为8g时才能满足加入的铁粉和得到的固体质量相等．

点评：本题考查化学方程式的计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意分析固体质量不变的原因是解决本题的关键：要使加入的铁粉和得到的固体质量相等必须使硫酸消耗多余的Fe，且消耗铁粉的质量与置换出铜固体增加的质量相等．