Question

20．有一包鐵粉和銅粉混合均勻的粉末樣品，為確定其組成，某同學(xué)將不同質(zhì)量的該樣品分別與40mL 1mol•L^-1的FeCl₃溶液反應(yīng)，實驗結(jié)果如表所示（忽略反應(yīng)前后溶液體積的微小變化）．

實驗序號	①	②	③	④
m（粉末樣品）/g	0.90	1.80	3.60	7.20
m（反應(yīng)后剩余固體）/g	0	0.64	2.48	6.08

計算：
（1）樣品中鐵和銅的物質(zhì)的量之比n（Fe）：n（Cu）=1：1．
（2）實驗②的濾液中c（Fe²⁺）=1.375mol•L^-1．

Answer 1

分析 鐵的還原性強(qiáng)于銅，所以Fe³⁺先和鐵發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應(yīng)后Fe³⁺有剩余，再與銅發(fā)生反應(yīng)：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固體是銅或鐵和銅，
從第②組數(shù)據(jù)，可以得出FeCl₃溶液全部參與反應(yīng)，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金屬質(zhì)量1.80g-0.64g=1.16g，大于第①組溶解的金屬質(zhì)量，故第①組金屬完全反應(yīng)、FeCl₃有剩余；
第②組實驗中FeCl₃溶液全部參與反應(yīng)，其物質(zhì)的量為=0.04L×1mol/L=0.04mol，假設(shè)只發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，參加反應(yīng)Fe的物質(zhì)的量為0.02mol，則溶解的Fe的質(zhì)量為0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同時也有一部分Cu溶解，所以剩余的固體全部為Cu，由此分析解答．

解答 解：鐵的還原性強(qiáng)于銅，所以Fe³⁺先和鐵發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應(yīng)后Fe³⁺有剩余，再與銅發(fā)生反應(yīng)：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固體是銅或鐵和銅，
從第②組數(shù)據(jù)，可以得出FeCl₃溶液全部參與反應(yīng)，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金屬質(zhì)量1.80g-0.64g=1.16g，大于第①組溶解的金屬質(zhì)量，故第①組金屬完全反應(yīng)、FeCl₃有剩余；
第②組實驗中FeCl₃溶液全部參與反應(yīng)，其物質(zhì)的量為=0.04L×1mol/L=0.04mol，假設(shè)只發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，參加反應(yīng)Fe的物質(zhì)的量為0.02mol，則溶解的Fe的質(zhì)量為0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同時也有一部分Cu溶解，所以剩余的固體全部為Cu，
（1）實驗②中剩余的0.64g全部為Cu，則溶解的Fe、Cu的總質(zhì)量為：1.80g-0.64g=1.16g，
設(shè)溶解的Fe、Cu的物質(zhì)的量分別為x、y，則$\left\{\begin{array}{l}{56x+64y=1.16}\\{2x+2y=0.04}\end{array}\right.$，解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.015mol}\\{y=0.005mol}\end{array}\right.$，所以銅的物質(zhì)的量為：0.005+$\frac{0.64}{64}$=0.015mol，所以樣品中鐵和銅的物質(zhì)的量之比n（Fe）：n（Cu）=1：1，故答案為：1：1；
（2）根據(jù)鐵守恒，濾液中亞鐵離子來源于單質(zhì)鐵和鐵離子，所以實驗②的濾液中c（Fe²⁺）=$\frac{0.015mol+0.04mol}{0.04L}$=1.375 mol•L^-1，故答案為：1.375 mol•L^-1．

點評 本題考查混合物的計算，他們的濃重的，明確物質(zhì)反應(yīng)先后順序及各組剩余固體成分是解本題關(guān)鍵，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒進(jìn)行解答，同時考查學(xué)生思維縝密性．