Question

5．将2.0mol/LFe₂（SO₄）₃溶液和2.0mol/LH₂SO₄等体积混合（假设混合后溶液的体积等于混合前溶液的体积之和）．计算：
（1）混合液中Fe³⁺的物质的量浓度；
（2）混合液中H⁺、SO₄^2-的物质的量浓度；
（3）假设混和后的溶液为2L，加入一定量Fe粉后放出H₂在标准状况下的体积为16.8L，求加入铁粉的质量．

Answer 1

分析 （1）设两溶液体积都为VL，根据c=nV计算出硫酸铁的物质的量，再根据硫酸铁的化学式计算铁离子的物质的量，最后根据c=$\frac{n}{V}$计算出混合液中铁离子的物质的量浓度；
（2）2.0 mol/L H₂SO₄溶液中H⁺的物质的量浓度为4mol/L，根据稀释定律，稀释前后溶质的物质的量不变，据此计算混合后c（H⁺）；
根据n=cV计算出硫酸铁、硫酸的物质的量，再根据化学式计算出硫酸根离子的物质的量，最后根据c=$\frac{n}{V}$计算出混合液中SO₄^2-的物质的量浓度；
（3）三价铁离子氧化性强于氢离子，混合物中加入铁，先与三价铁离子反应，剩余铁再与氢离子反应生成氢气，依据方程式：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，计算解答．

解答 解：（1）设混合液体积为2VL，VL 2.0mol/L的硫酸铁溶液中含有硫酸铁的物质的量为：2.0mol/L×VL=2Vmol，2Vmol硫酸铁中含有4Vmol铁离子，混合液中铁离子的浓度为：c（Fe³⁺）=$\frac{4Vmol}{2VL}$=2 mol/L，
答：混合液中Fe³⁺的物质的量浓度为2mol/L；
（2）2.0 mol/L H₂SO₄溶液中H⁺的物质的量浓度为4mol/L，根据稀释定律，稀释前后溶质的物质的量不变，则等体积混合后，溶液中H⁺的物质的量浓度c（H⁺）=$\frac{1}{2}$×4mol/L=2mol/L．
设混合液体积为2VL，2.0 mol/L H₂SO₄VL溶液中含有硫酸的物质的量为：2.0mol/L×VL=2Vmol，2Vmol硫酸能够电离出2Vmol硫酸根离子，2Vmol硫酸铁中含有6Vmol硫酸根离子，则混合液中硫酸根离子浓度为：c（SO₄^2-）=$\frac{2Vmol+6Vmol}{2VL}$=4 mol/L，
答：混溶液中H⁺的物质的量浓度为2mol/L；SO₄^2-的物质的量浓度为4mol/L；
（3）将2.0mol/LFe₂（SO₄）₃溶液和2.0mol/LH₂SO₄等体积混合，混和后的溶液为2L，则含有三价铁离子的物质的量为：2.0mol/L×2×1L=4mol，依据方程式：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可知消耗铁物质的量为2mol，剩余铁与硫酸反应生成氢气标准状况下的体积为16.8L，物质的量为：$\frac{16.8L}{22.4L/mol}$=0.75mol，依据方程式：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，可知消耗铁物质的量为0.75mol，共消耗铁物质的量为2mol+0.75mol=2.75mol，质量为：2.75mol×56g/mol=154g；
答：加入铁粉的质量为154g．

点评 本题考查物质的量浓度的计算，涉及定义法、稀释定律、电荷守恒、元素守恒等方法，难度中等，注意守恒思想的运用，注意氧化还原反应强弱规律的应用．