Question

18．在0.5L含等物质的量的Fe₂（SO₄）₃和CuSO₄的混合溶液中，向其中加入11.2g还原性铁粉，充分反应后，测得溶液中Fe²⁺浓度为Cu²⁺浓度的2倍，反应前后溶液体积不变．求：
（1）反应后溶液中Fe²⁺的浓度      
（2）原溶液中SO₄^2-的物质的量浓度．

Answer 1

分析 向Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄混和溶液中投入铁粉，发生反应Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄，由于氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺，所以首先发生反应2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
Fe₂（SO₄）₃和CuSO₄的物质的量相等，n（Fe³⁺）=2n（Cu²⁺），向其中加入11.2g还原性铁粉，充分反应后，测得溶液中Fe²⁺浓度为Cu²⁺浓度的2倍，若Fe³⁺完全反应，Cu²⁺不反应，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，则溶液中Fe²⁺浓度一定大于Cu²⁺浓度的2倍，所以只能是Fe³⁺部分反应，Cu²⁺不反应．
（1）根据2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，计算反应后溶液中Fe²⁺的浓度；
（2）根据溶液中Fe²⁺浓度为Cu²⁺浓度的2倍，求出铜离子的浓度，根据硫酸根离子和铁离子、铜离子的关系求解．

解答 解：向Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄混和溶液中投入铁粉，发生反应Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄，由于氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺，所以首先发生反应2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
Fe₂（SO₄）₃和CuSO₄的物质的量相等，n（Fe³⁺）=2n（Cu²⁺），向其中加入11.2g还原性铁粉，充分反应后，测得溶液中Fe²⁺浓度为Cu²⁺浓度的2倍，若Fe³⁺完全反应，Cu²⁺不反应，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，则溶液中Fe²⁺浓度一定大于Cu²⁺浓度的2倍，所以只能是Fe³⁺部分反应，Cu²⁺不反应．
（1）11.2g还原性铁粉n（Fe）=$\frac{m}{M}$=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，生成亚铁离子是n（Fe²⁺）=0.6mol，则溶液中n（Fe²⁺）=0.6mol，反应后溶液中Fe²⁺的浓度C=$\frac{n}{v}$=$\frac{0.6mol}{0.5L}$=1.2mol/L，
答：反应后溶液中Fe²⁺的浓度1.2mol/L；
（2）溶液中n（Fe²⁺）=0.6mol，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，充分反应后，测得溶液中Fe²⁺浓度为Cu²⁺浓度的2倍，n（Cu²⁺）=0.6mol×$\frac{1}{2}$=0.3mol，反应前，Fe₂（SO₄）₃和CuSO₄的物质的量相等，n（Fe³⁺）=2n（Cu²⁺），原溶液中Fe³⁺的物质的量为0.6mol，根据Fe₂（SO₄）₃和CuSO₄的化学式可知，原溶液中SO₄^2-的物质的量$\frac{3}{2}$n（Fe³⁺）+n（Cu²⁺）=n（SO₄^2-）=0.9mol+0.3mol=1.2mol，原溶液中SO₄^2-的物质的量浓度c=$\frac{n}{v}$=$\frac{1.2mol}{0.5L}$=2.4mol/L，
答：原溶液中SO₄^2-的物质的量浓度为2.4mol/L．

点评 本题考查混合物的有关计算，题目难度中等，根据方程式分析只能是Fe³⁺部分反应，Cu²⁺不反应是解题的关键．