Question

2．有銅粉與金屬鎂、鐵、鋅粉中的一種組成的混合物，為了確定其成分并測定其組成，進行如下實驗：
取該混合物粉末10g放入燒杯中，將140.0g溶質質量分數為14.0%的稀硫酸平均分四次加入該燒杯中，充分反應后，測得剩余固體質量數據記錄如圖．通過計算（寫出計算過程），
求：
（1）該混合物粉末中銅的質量分數？
（2）實驗所用稀硫酸由濃硫酸配制，濃硫酸試劑瓶標簽如表所示．則至少需要這種濃硫酸多少毫升？

硫酸（500 mL） 品名：硫酸 化學式：H2SO4

（3）第二次加入硫酸充分反應后，所得溶液中溶質的質量分數是多少？（保留一位小數）

Answer 1

分析 （1）因銅與酸不反應，反應后剩余固體質量4.2g即為其質量，故可求出混合物粉末中銅的質量分數；
（2）根據溶液稀釋前后溶質質量不變解答；
（3）根據反應的化學方程式，由反應消耗硫酸的質量計算放出氫氣的質量，運用質量守恒定律，計算反應后所得溶液的質量．

解答 解：（1）由題意和數據可知混合粉末中銅的質量為6.2克，
∴混合物粉末中銅的質量分數=$\frac{6.2克}{10克}$×100%=62%
答：混合物粉末中銅的質量分數為62%．
（2）至少需要這種濃硫酸的質量為：140.0克×14.0%÷80%=24.5克
至少需要這種濃硫酸的體積為：V=m/ρ=24.5g/1.73g/cm³=14.16ml
答：至少需要這種濃硫酸14.16ml．                           
（3）第2次加入的稀硫酸中硫酸的質量為：140g×14%÷2=9.8g．
第2次加入稀硫酸后參加反應的金屬的質量為：10g-7.6g=2.4g．
用M表示混入金屬的元素符號，設該金屬元素的相對原子質量為x．則：
    M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑
    x    98
   2.4g  9.8g
$\frac{x}{98}$=$\frac{2.4g}{9.8g}$   
   x=24g
所以MSO₄的相對分子質量是120，
 設生成MSO₄的質量是y，生成H₂的質量為z
M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑
     98    120  2
     9.8g   y   z
   $\frac{98}{9.8g}$=$\frac{120}{y}$=$\frac{2}{z}$
    y=12g     z=0.1g
故MSO₄溶液的質量分數為$\frac{12g}{140g÷4×2+2.4g-0.2g}$×100%≈16.6%

點評 本題難度較大，主要考查學生根據圖表數據、化學方程式與溶質質量分數綜合應用解答問題的能力，利用每次加入稀硫酸前后固體質量差即反應消耗金屬的質量關系判斷加入稀硫酸的反應情況是正確解答本題的關鍵．