Question

13．將一定質量的鐵粉加至H₂SO₄、MgSO₄和CuSO₄的混合溶液中，充分反應后過濾，得到濾液M和濾渣N．
（1）寫出鐵和稀H₂SO₄反應的化學方程式：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．
（2）濾液M中一定含有的溶質是MgSO₄和FeSO₄，濾渣N中一定含有的金屬是Cu．
（3）如果濾渣N的質量恰好等于加入鐵粉的質量，則混合溶液中H₂SO₄和CuSO₄的質量比為：7：80．

Answer 1

分析 （1）依據活動性強的金屬可以把活動性弱的金屬從其鹽溶液中置換出來，所以鐵可以置換出銅但不能置換出鎂，充分反應后過濾，向濾出的固體中滴加稀硫酸，；
（2）考慮CuSO₄被置換生成Cu和FeSO₄溶液，MgSO₄不反應，進行分析，確定溶液溶質、濾渣的變化．
（3）向含H₂SO₄和CuSO₄的混合溶液中加入m克過量的鐵粉，由于鐵能與硫酸、硫酸銅發生反應，得固體質量仍為m克，說明了參加反應的鐵與生成的銅的質量相等．根據鐵和硫酸銅反應的化學方程式，由銅的質量可求出與硫酸銅反應的鐵的質量，進而求出與硫酸反應的鐵的質量，最后根據鐵和硫酸反應的方程式求出硫酸的質量，進而求得質量比．

解答 解：混合溶液中的CuSO₄與鐵發生置換反應，得到Cu；鐵粉與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣；因為“一定質量的鐵粉”，所以反應后濾液M中一定含有的溶質是硫酸亞鐵，濾渣N中一定含有的金屬是銅；由于MgSO₄不與Fe發生反應，所以濾液中還含有MgSO₄；故：
（1）寫出鐵和稀H₂SO₄反應的化學方程式為Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．
（2）濾液M中一定含有的溶質是MgSO₄和FeSO₄，濾渣N中一定含有的金屬是Cu．
（3）假設生成的銅的質量為6.4g，由題意可知，則參加反應的鐵的質量為6.4g．
設與硫酸銅反應的鐵的質量為x，所含CuSO₄的質量為y．
Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu
56   160        64
x     y        6.4g
則$\frac{56}{x}=\frac{160}{y}=\frac{64}{6.4g}$，解得：x=5.6g，y=16g．
那么與硫酸反應的鐵的質量為：6.4g-5.6g=0.8g．
設混合溶液中所含H₂SO₄的質量為z．
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56   98           
0.8g  z           
則$\frac{56}{0.8g}=\frac{98}{z}$，解得：z=1.4g．
混合溶液中所含H₂SO₄與CuSO₄的質量比為：1.4g：16g═7：80 
故答案為：
（1）Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．（2）MgSO₄和FeSO₄，Cu．（3）7：80

點評 此題是對金屬活動性順序的考查，解題的關鍵是掌握金屬活動性順序表的意義，根據化學方程式的較為復雜的計算，涉及的化學方程式有兩個，做此題首先需正確寫出這兩個化學方程式，然后認真審題獲得有利數據來解答此題．