Question

5．Ⅰ．向FeCl₃溶液中加入铁粉和铜粉混合粉末，充分反应后，分析溶液中的溶质和可能残留固体不溶物的成分．
（1）请完成下列表格

序号	溶液中的盐	固体不溶物的成分
①	FeCl2、CuCl2、FeCl3
②		无
③	FeCl2、CuCl2
④		Cu
⑤		Fe、Cu

Ⅱ．今有一包铁粉和铜粉混合粉末，为确定其组成，现提供4mol/L的FeCl₃溶液（其他用品略），某课外活动小组同学的实验结果如下（假定反应前后溶液体积不变）．

组别	①	②	③	④
混合粉末质量/g	40	40	40	40
FeCl3溶液体积/mL	150	300	330	350
反应后剩余固体质量/g	23.2	6.4	2.56	x

（2）试判断第④组剩余固体质量x为0．第②组实验中，发生反应的离子方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（3）通过计算判断第②组剩余固体的成分．
（4）求原混合粉末中Fe、Cu的物质的量之比．

Answer 1

分析 Ⅰ、根据在金属活动性顺序中，铁在铜的前面，铁能与铜盐溶液发生置换反应，向装有氯化铁溶液的烧杯中，加入一定量的Cu和Fe的混合粉末，则铁优先与氯化铁发生反应生成氯化亚铁，然后铜与氯化铁反应生成氯化铜和氯化亚铁进行解答；
Ⅱ、（2）第④组实验，可以看作再第②组实验的基础上再加入50mL FeCl₃溶液，发生Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，根据方程式计算50mL溶液可以溶解Cu的质量，进而计算x的值；
（3）铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应完全后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，能剩余的固体可以是铜，可以是铁和铜，
第②组实验中，有固体剩余，故FeCl₃溶液全部参与反应，若只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可以溶解Fe的质量为0.3L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×56g/mol=33.6g，300mL FeCl₃溶液能溶解金属质量40g-6.4g=33.6g，
第③组实验，可以看作再第②组实验的基础上再加入30mL FeCl₃溶液，实际溶解金属质量=6.4g-2.56g=3.84g，若只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，30mL溶液可以溶解Fe的质量为0.03L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×56g/mol=3.36g，若只发生Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，30mL溶液可以溶解Cu的质量为0.03L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×64g/mol=3.84g，可推断第②组实验中Fe恰好反应完全，剩余固体为Cu；
（4）根据（3）中分析可知Cu为6.4g，进而计算Fe的质量，再根据n=$\frac{m}{M}$计算Fe、Cu的物质的量，进而计算二者物质的量之比．

解答 解：Ⅰ、（1）在金属活动性顺序中，铁在铜的前面，铁能与铜盐溶液发生置换反应，向装有氯化铁溶液的烧杯中，加入一定量的Cu和Fe的混合粉末，则铁优先与氯化铁发生反应生成氯化亚铁，然后铜与氯化铁反应生成氯化铜和氯化亚铁，故滤液中一定含有氯化亚铁，若氯化铁与铁是恰好完全反应，则铜不参加反应，滤液中不含有氯化铜，故氯化铜可能存在，充分反应后发现烧杯底部仍有少量固体，则固体中一定含有铜，若铁量多，可能含有铁，有铜存在，则滤液中一定不含有氯化铁；
故答案为：

序号	溶液中的盐	固体不溶物的成分
①		无
②	FeCl2、CuCl2
③		Cu
④	FeCl2
⑤	FeCl2

Ⅱ：（2）第④组实验，可以看作再第②组实验的基础上再加入50mL FeCl₃溶液，发生Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，50mL溶液可以溶解Cu的质量=0.05L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×64g/mol=6.4g，故x=6.4g-6.4g=0，第②组实验中，发生反应的离子方程式为 2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：0； 2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应完全后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，能剩余的固体可以是铜，可以是铁和铜，
第②组实验中，有固体剩余，故FeCl₃溶液全部参与反应，若只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可以溶解Fe的质量为0.3L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×56g/mol=33.6g，300mL FeCl₃溶液能溶解金属质量40g-6.4g=33.6g，
第③组实验，可以看作再第②组实验的基础上再加入30mL FeCl₃溶液，实际溶解金属质量=6.4g-2.56g=3.84g，若只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，30mL溶液可以溶解Fe的质量为0.03L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×56g/mol=3.36g，若只发生Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，30mL溶液可以溶解Cu的质量为0.03L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×64g/mol=3.84g，可推断第②组实验中Fe恰好反应完全，剩余固体为Cu，
答：第②组剩余固体的成分为Cu；
（4）根据（3）中分析可知Cu为6.4g，Fe的质量=40g-6.4g=33.6g，故n（Fe）=$\frac{33.6g}{56g/mol}$=0.6mol，n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，原混合粉末中Fe、Cu的物质的量之比=0.6mol：0.1mol=6：1，
答：原混合粉末中Fe、Cu的物质的量之比6：1．

点评 本题考查了混合物的有关计算、铁及其化合物的性质应用，关键是通过②判断剩余固体为铜，题目综合性较大，数据较复杂，侧重学生对实验数据的分析处理考查，难度较大．