Question

20．将Fe和Fe₂O₃的混合物15g 加入到150mL稀H₂SO₄中，反应停止后，共放出H₂1.68L （标准状况），Fe和Fe₂O₃均无剩余，溶液中c（H⁺）=1.0mo l/L，且无Fe³⁺存在．请计算（不考虑溶液体积变化）：
（1）原混合物中Fe的质量？
（2）稀H₂SO₄中溶质的物质的量浓度？

Answer 1

分析 （1）铁和氧化铁均无剩余，且溶液中无Fe³⁺存在，反应生成FeSO₄，设Fe、氧化铁的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量及电子转移守恒列方程计算解答；
（2）铁和氧化铁与硫酸反应后溶液中溶质为FeSO₄、H₂SO₄，根据硫酸根守恒，则n消耗（H₂SO₄）=n（FeSO₄），据此计算出原硫酸溶液中硫酸的物质的量，进而计算硫酸的物质的量浓度．

解答 解：（1）铁和氧化铁与硫酸反应均无剩余，且溶液中无Fe³⁺存在，反应生成FeSO₄，生成氢气为$\frac{1.68}{22.4}$=0.075mol，
设Fe、氧化铁的物质的量分别为xmol、ymol，则：
根据二者质量，可得：56x+160y=15
根据电子转移守恒，可得：2x=2y+0.075×2
联立方程，解得x=0.125 y=0.05
故m（Fe）=0.125mol×56g/mol=7g
答：混合物中铁为7g．
（2）铁和氧化铁与硫酸反应后溶液中溶质为FeSO₄、H₂SO₄
根据铁元素守恒，则n（FeSO₄）=n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=0.125+0.05×2=0.225mol
根据硫酸根守恒，则n消耗（H₂SO₄）=n（FeSO₄）=0.225mol
n剩余（H₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（H⁺）=2c（H⁺）V=$\frac{1}{2}$×1.0mo l/L×0.15L=0.075mol
n（H₂SO₄）=n消耗（H₂SO₄）+n剩余（H₂SO₄）=0.225+0.075=0.3mol
c（H₂SO₄）=$\frac{0.3mol}{0.15L}$=2mol/L
答：稀H₂SO₄的物质的量浓度为2mol/L．

点评 本题考查混合物计算，清楚发生的反应是解题关键，注意利用守恒思想计算，侧重考查学生分析思维能力的考查，难度中等．