Question

5．铁、铜混合粉末18.0g加入到100mL 5.0mol/L FeCl₃溶液中，充分反应后，剩余固体质量为2.8g，回答下列问题：
（1）原混合物中铜的质量是多少？
（2）反应后的溶液中金属阳离子的物质的量各是多少？

Answer 1

分析 铁比铜活泼，与FeCl₃溶液反应时先后发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，原氯化铁溶液中含有氯化铁的物质的量为n（FeCl₃）=5mol/L×0.1L=0.5mol，结合反应的方程式解答．

解答 解：铁的还原性强于铜，把铁、铜混合粉末加入氯化铁溶液中，铁先与铁离子反应，氯化铁的物质的量是0.5mol，
设0.5mol铁离子完全反应消耗铁、铜的质量分别为m₁、m₂，则：
Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
64g  2mol                           56g   2mol
m₁   0.5mol                         m₂  0.5mol
m₁=$\frac{64g×0.5mol}{2mol}$=16g，
m₂=$\frac{56g×0.5mol}{2mol}$=14g，
溶解的金属质量为：18g-2.8g=15.2g，14g＜15.2g＜16g，
则铁完全反应、铜部分反应，且Fe³⁺完全反应，剩余的金属为Cu，
（1）设反应消耗铜的物质的量为n₁，反应的铁的物质的量为n₂，
则：①64n₁+56n₂=15.2g
②n₁+n₂=$\frac{1}{2}$n（Fe³⁺）=0.25mol，
解得：n₁=0.15mol、n₂=0.1mol，
故m（Cu）=n₁×M+2.8g=0.15mol×64g/mol+2.8g=12.4g，
答：原混合物中铜的质量是12.4g；
（2）根据反应方程式可知反应后溶液中n（Fe²⁺）=2n（Cu）+3n（Fe）=2×0.15mol+3×0.10mol=0.6mol，
反应后溶液中铜离子的物质的量为n（Cu²⁺）=n（Cu）=0.15mol，
答：反应后的溶液中金属阳离子有Fe²⁺，Cu²⁺，其物质的量各是0.6mol，0.15mol．

点评 本题考查混合物的计算，为高频考点，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，难度中等．