Question

3．0.6mol/L Fe₂（SO₄）₃和1.2mol/L CuSO₄的混合溶液200mL，加入一定量的铁粉充分反应后，测得溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量浓度之比为3：1，则加入的铁粉的物质的量为（　　）

• A． 0.16mol
• B． 0.21mol
• C． 0.30mol
• D． 0.48mol

Answer 1

分析 溶液中铁离子和铜离子的物质的量分别都是0.24mol．由于氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺，所以首先发生反应2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，若铁离子完全反应，Cu²⁺不反应，则生成亚铁离子是0.36mol，此时溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为3：2，实际溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为3：1，说明铁单质也和铜离子反应Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，溶液中溶质为硫酸亚铁与硫酸铜，根据电荷守恒n（Fe²⁺）+n（Cu²⁺）=n（SO₄^2-），根据n=cV计算n（SO₄^2-），据此计算反应后溶液中n（Fe²⁺），根据铁元素守恒n（Fe）=n（Fe²⁺）-n（Fe³⁺），据此进行计算．

解答 解：溶液中铁离子物质的量为：0.2L×0.6mol/L×2=0.24mol，铜离子的物质的量是：0.2L×1.2mol/L=0.24mol，
由于氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺+，所以首先发生反应2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，若铁离子完全反应，Cu²⁺不反应，由方程式可知，则生成亚铁离子是0.24mol×$\frac{3}{2}$=0.36mol，此时溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为0.36mol：0.24mol=3：2，实际溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为3：1，说明铁单质也和铜离子反应Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，此时溶液中溶质为硫酸亚铁与硫酸铜，
根据电荷守恒可得：n（Fe²⁺）+n（Cu²⁺）=n（SO₄^2-），溶液中含有硫酸根离子的物质的量为：n（SO₄^2-）=0.2L×0.6mol/L×3+0.2L×1.2mol/L=0.6mol，Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为3：1，则：n（Fe²⁺）+$\frac{1}{3}$n（Fe²⁺）=n（SO₄^2-）=0.6mol，解得：n（Fe²⁺）=0.45mol，
根据铁元素守恒，加入铁粉的物质的量为：n（Fe）=n（Fe²⁺）-n（Fe³⁺）=0.45mol-0.24ml=0.21mol，
故选B．

点评 本题考查混合物的有关计算，题目难度中等，判断铁与铜离子部分反应是关键，注意根据元素守恒与电荷守恒进行计算，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．