Question

14．铁、铜混合粉末20.0g加入到100mL 5.0mol•L^-1FeCl₃溶液中，剩余固体质量为5.2g（忽略反应前后溶液体积变化）．求：
（1）反应后溶液中FeCl₂的物质的量浓度6.5 mol•L^-1．
（2）原固体混合物中铜的质量分数是58%．

Answer 1

分析 Fe的还原性强于铜，把二者混合物加入FeCl₃溶液中，Fe先与Fe³⁺反应，氯化铁的物质的量为：n（FeCl₃）=5.0mol•L^-1×0.1L=0.5mol，
Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺       Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
64g  2mol                          56g  2mol
m₁   0.5mol                        m₂   0.5mol
则m₁=16g，m₂=14g，
溶解的金属质量是20-5.2=14.8＞14g，说明两种金属都参与反应，且Fe³⁺完全反应，剩余的金属是Cu；
设反应消耗Cu的物质的量是n₁，反应的Fe的物质的量为n₂，则
64n₁+56n₂=14.8g
n₁+n₂=0.25mol
（1）根据铁元素守恒计算出反应后溶液中氯化亚铁的物质的量，然后根据c=$\frac{n}{V}$计算出氯化亚铁的浓度；
（2）根据m=nM计算出参与反应的Cu的质量，然后计算出混合物中含有铜的总质量及铜的质量分数．

解答 解：Fe的还原性强于铜，把二者混合物加入FeCl₃溶液中，Fe先与Fe³⁺反应，氯化铁的物质的量为：n（FeCl₃）=5.0mol•L^-1×0.1L=0.5mol，
Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺       Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
64g  2mol                          56g  2mol
m₁   0.5mol                        m₂   0.5mol
m₁=16g，
m₂=14g，
溶解的金属质量是20-5.2=14.8＞14g，说明两种金属都参与反应，且Fe³⁺完全反应，剩余的金属是Cu；
设反应消耗Cu的物质的量是n₁，反应的Fe的物质的量为n₂，则
64n₁+56n₂=14.8g
n₁+n₂=0.25mol
解得：n₁=0.1mol、n₂=0.15mol，
（1）混合物中的Fe完全反应，根据Fe元素守恒可知，反应后溶液中亚铁离子的物质的量为：0.5mol+0.15mol=0.65mol，反应后溶液中FeCl₂的物质的量浓度为：$\frac{6.5mol}{0.1L}$=6.5mol/L，
故答案为：6.5；
（2）原混合金属中含有的铜的质量是：0.1mol×64g/mol+5.2g=11.6g，原混合物中铜的质量分数为：$\frac{11.6g}{20g}$×100%=58%，
故答案为：58%．

点评 本题考查混合物的计算，为高频考点，题目难度中等，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意根据反应的相关方程式从质量守恒的角度解答．