题目内容

3．一包由Cu、Fe、Fe2O3三种物质构成的混合粉末，某合作学习小组的同学拟探究其组成．他们称取该混合粉末20.40g放入反应器中并连接气体收集装置，向反应器逐滴加入4.00mol•L-1硫酸溶液并缓慢搅拌．当加入硫酸a mL时，混合粉末恰好完全溶解，同时收集到bL（标准状况）H2，向反应后的溶液中滴入KSCN溶液，溶液不显红色．下列结论正确的是（　　）
A．混合粉末中物质的量之间一定满足：n（Cu）+n（Fe）=n（Fe2O3）
B．混合粉末中物质的量之间一定满足：n（Fe）＞n（Cu）＞n（Fe2O3）
C．混合粉末中物质的量之间一定满足：n（Cu）+n（Fe）═n（Fe2O3）+$\frac{bL}{22.4L•mo{l}^{-1}}$
D．若a=72.50，b=1.12，则20.40g混合粉末中：n（Fe）=n（Cu）=0.05mol、n（Fe2O3）=0.09mol

分析 向反应后的溶液中滴入KSCN溶液，溶液不显红色，说明溶液中没有Fe3+，且进入amL硫酸后混合粉末完全溶解，同时还生成bL（标准状况）H2，发生的反应有：
Fe+Fe2O3+3H2SO4=3FeSO4+3H2O①
Cu+Fe2O3+3H2SO4=2FeSO4+CuSO4+3H2O②
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑③，
根据方程式①②③得n（Fe）+n（Cu）=n（Cu）+n（Fe）═n（Fe2O3）+$\frac{bL}{22.4L•mo{l}^{-1}}$；
如果a=72.50、b=1.12，
硫酸中的H+完全反应后生成H2和H2O，根据H原子守恒得n（H2SO4）=n（H2）+n（H2O），则n（H2O）=4.00mol/L×0.0725L-$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.29mol-0.05mol=0.24mol，
根据O原子守恒计算n（Fe2O3）；
根据转移电子守恒及Cu、Fe的质量计算n（Fe）、n（Cu）．

解答 解：向反应后的溶液中滴入KSCN溶液，溶液不显红色，说明溶液中没有Fe3+，且进入amL硫酸后混合粉末完全溶解，同时还生成bL（标准状况）H2，发生的反应有：
Fe+Fe2O3+3H2SO4=3FeSO4+3H2O①
Cu+Fe2O3+3H2SO4=2FeSO4+CuSO4+3H2O②
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑③，
根据方程式①②③得n（Fe）+n（Cu）=n（Cu）+n（Fe）═n（Fe2O3）+$\frac{bL}{22.4L•mo{l}^{-1}}$；
如果a=72.50、b=1.12，
硫酸中的H+完全反应后生成H2和H2O，根据H原子守恒得n（H2SO4）=n（H2）+n（H2O），则n（H2O）=4.00mol/L×0.0725L-$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.29mol-0.05mol=0.24mol，
根据O原子守恒得n（Fe2O3）=$\frac{1}{3}$n（H2O）=$\frac{1}{3}$×0.24mol=0.08mol；
则m（Fe）+m（Cu）=20.40g-160g×0.08=7.6g，
设n（Fe）=xmol、n（Cu）=ymol，结合转移电子守恒得
$\left\{\begin{array}{l}{56x+64y=7.6}\\{2x+2y=0.08×2×1+0.05×2}\end{array}\right.$
解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.09}\\{y=0.04}\end{array}\right.$，
即n（Fe）=0.09mol、n（Cu）=0.04mol、n（Fe2O3）=0.08mol，
通过以上分析知，只有C正确；
故选C．

点评 本题考查混合物的有关计算，侧重考查学生分析计算及知识综合运用能力，明确溶液中溶质成分及物质之间发生的反应是解本题关键，注意反应过程中原子守恒及转移电子守恒的灵活运用，题目难度中等．

练习册系列答案
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d．向NaOH溶液中通入CO2至饱和，然后滴加卤水，同时继续通入CO2
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