Question

有铁和三氧化二铁组成的粉末状混合物19.2g，向其中加入250mL未知浓度的稀硫酸，当固体全部溶解时，放出3.36L氢气（标准状况）．经测定，反应后的溶液中c（H⁺）为1.6mol/L，且溶液中不含三价铁离子，求：（l）混合物中铁和三氧化二铁的质量各为多少克？

 

（2）所加稀硫酸的物质的量浓度是多少？（要求写出详细的解题过程）

 

．

Answer 1

考点：有关混合物反应的计算

专题：计算题

分析：（1）向铁和氧化铁的混合物中进入稀硫酸，氧化铁先与稀硫酸反应生成铁离子，铁先与铁离子反应，只有铁离子完全反应后，铁才能够与氢离子反应生成氢气；用于氢离子有剩余，说明固体完全反应，设出铁和氧化铁的物质的量，利用质量关系、电子守恒列式计算出二者的物质的量，再计算出质量即可；
（2）根据反应过程中硫酸分为两部分，一部分与铁和氧化铁反应，另一部分剩余在溶液中，根据反应中生成产物为硫酸亚铁计算出反应消耗的硫酸，再根据溶液中氢离子浓度计算出反应剩余的硫酸的浓度，二者之和便是稀硫酸的总浓度．

解答： 解：（1）将稀硫酸加入铁和三氧化二铁的混合物中发生的离子反应为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；反应后氢离子有剩余，说明铁和氧化铁完全反应，设铁的物质的量为x，氧化铁的物质的量为y，根据质量关系可得：①56x+160y=19.2；
生成的标况下3.36L氢气的物质的量为：

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，生成0.15mol氢气得到了0.15mol×2=0.3mol电子；ymol氧化铁反应变成亚铁离子得到了2ymol电子；xmol铁失去2xmol电子，根据电荷守恒可得：②2y+0.3=2x，根据①②组成方程组解得：

x=0.2mol y=0.05

，
所以混合物中铁的质量为：56g/mol×0.2mol=11.2g；氧化铁的质量为：160g/nol×0.05mol=8g，
故答案为：Fe 11.2g，Fe₂O₃ 8g；
（2）铁、氧化铁和硫酸完全反应后生成FeSO₄，根据原子守恒，铁和氧化铁消耗的硫酸的物质的量为：n（H₂SO₄）=n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=0.2mol+0.05mol×2=0.3mol，消耗的硫酸的浓度为：c（H₂SO₄）=

0.3mol

0.25L

=1.2mol/L，剩余的硫酸的浓度为：c（H₂SO₄）=

1

2

×c（H⁺）=0.8mol/L，故所加稀硫酸的物质的量浓度为：1.2mol/L+0.8mol/L=2mol/L，
故答案为：2 mol/L．

点评：本题考查了有关混合物的计算，题目难度中等，明确反应实质、反应的先后顺序是解题关键，注意质量守恒、原子守恒在计算出中应用方法．