Question

20．有一包铁粉和铜粉混合均匀的粉末样品，为确定其组成，某同学将不同质量的该样品分别与40mL 1mol•L^-1的FeCl₃溶液反应，实验结果如表所示（忽略反应前后溶液体积的微小变化）．

实验序号	①	②	③	④
m（粉末样品）/g	0.90	1.80	3.60	7.20
m（反应后剩余固体）/g	0	0.64	2.48	6.08

计算：
（1）样品中铁和铜的物质的量之比n（Fe）：n（Cu）=1：1．
（2）实验②的滤液中c（Fe²⁺）=1.375mol•L^-1．

Answer 1

分析 铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固体是铜或铁和铜，
从第②组数据，可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金属质量1.80g-0.64g=1.16g，大于第①组溶解的金属质量，故第①组金属完全反应、FeCl₃有剩余；
第②组实验中FeCl₃溶液全部参与反应，其物质的量为=0.04L×1mol/L=0.04mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应Fe的物质的量为0.02mol，则溶解的Fe的质量为0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同时也有一部分Cu溶解，所以剩余的固体全部为Cu，由此分析解答．

解答 解：铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固体是铜或铁和铜，
从第②组数据，可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金属质量1.80g-0.64g=1.16g，大于第①组溶解的金属质量，故第①组金属完全反应、FeCl₃有剩余；
第②组实验中FeCl₃溶液全部参与反应，其物质的量为=0.04L×1mol/L=0.04mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应Fe的物质的量为0.02mol，则溶解的Fe的质量为0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同时也有一部分Cu溶解，所以剩余的固体全部为Cu，
（1）实验②中剩余的0.64g全部为Cu，则溶解的Fe、Cu的总质量为：1.80g-0.64g=1.16g，
设溶解的Fe、Cu的物质的量分别为x、y，则$\left\{\begin{array}{l}{56x+64y=1.16}\\{2x+2y=0.04}\end{array}\right.$，解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.015mol}\\{y=0.005mol}\end{array}\right.$，所以铜的物质的量为：0.005+$\frac{0.64}{64}$=0.015mol，所以样品中铁和铜的物质的量之比n（Fe）：n（Cu）=1：1，故答案为：1：1；
（2）根据铁守恒，滤液中亚铁离子来源于单质铁和铁离子，所以实验②的滤液中c（Fe²⁺）=$\frac{0.015mol+0.04mol}{0.04L}$=1.375 mol•L^-1，故答案为：1.375 mol•L^-1．

点评 本题考查混合物的计算，他们的浓重的，明确物质反应先后顺序及各组剩余固体成分是解本题关键，再结合转移电子守恒、原子守恒进行解答，同时考查学生思维缜密性．