Question

18．常温下，将22.4gCu和Fe₂O₃的混合物粉末加入到浓度为1mol/L的H₂SO₄中，使之发生反应．
（1）若固体刚好完全溶解，消耗H₂SO₄的体积为VL，求V的取值范围．
（2）若H₂SO₄溶液过量，反应后溶液体积为1L，测得此溶液中Fe²⁺离子浓度为0.1mol/L，求原混合物中含Cu多少克？

Answer 1

分析 （1）若固体恰好全部溶解，发生反应Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄）₃+3H₂O、Cu+Fe₂ （SO₄）₃=2FeSO₄+CuSO₄，总反应方程式为Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=CuSO₄+2FeSO₄+3H₂O，
若Cu、Fe₂O₃按物质的量1：1混合，消耗的硫酸最少，若混合物粉末全是Fe₂O₃，消耗的硫酸最多，结合方程式计算解答；
（2）硫酸溶液过量，若铜过量，过量的铜不与硫酸反应，则只发生如下反应：Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=CuSO₄+2FeSO₄+3H₂O，根据溶液中n（Fe²⁺）计算n（Fe₂O₃），进而计算Cu的质量；
若Fe₂O₃过量，过量的Fe₂O₃将与H₂SO₄反应，根据溶液中n（Fe²⁺）计算Cu的质量．

解答 解：（1）若固体恰好全部溶解，铜粉和三氧化二铁的混合物是按如下反应进行：
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄）₃+3H₂O、Cu+Fe₂ （SO₄）₃=2FeSO₄+CuSO₄
总反应方程式为：Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=CuSO₄+2FeSO₄+3H₂O，
Cu、Fe₂O₃按物质的量1：1混合，消耗的硫酸最少，则n（Cu）=n（Fe₂O₃）=$\frac{22.4g}{64g/mol+160g/mol}$=0.1mol，由方程式可知，需要硫酸为0.1mol×3=0.3mol，硫酸体积为$\frac{0.3mol}{1mol/L}$=0.3L，
若混合物粉末全是Fe₂O₃，消耗的硫酸最多，则发生：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄）₃+3H₂O，n（Fe₂O₃）=$\frac{22.4g}{160g/mol}$=0.14mol，故消耗H₂SO₄为0.14 mol×3=0.42 mol，硫酸体积为$\frac{0.42mol}{1mol/L}$=0.42L
但铜的质量不可能为0，故有0.3L≤V＜0.42L，
答：范围为0.3L≤V＜0.42L；
（2）溶液中n（Fe²⁺）=1L×0.1mol/L=0.1mol，则
Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=CuSO₄+2FeSO₄+3H₂O
0.05   0.05                  0.1
若铜过量，过量的铜不与硫酸反应，则m （Fe₂O₃）=0.05 mol×160 g/mol=8.0 g，故m （Cu）=22.4 g-8.0 g=14.4 g；
若Fe₂O₃过量，过量的Fe₂O₃将与H₂SO₄反应，则m （Cu）=0.05mol×64 g/mol=3.2g，
答：含Cu为3.2或14.4

点评 本题考查混合物的有关计算，属于讨论型题目，利用总方程式简化分析与计算，注意（1）中利用极端法确定极值，（2）中不能确定铁离子与Cu是否恰好反应．