Question

現有銅與金屬鎂、鐵、鋅中的一種組成的混合物，現欲測定其組成．
（查閱資料）鎂、鐵、鋅皆能與稀硫酸發生置換反應，且生成+2價的可溶性金屬化合物和氫氣．
（實驗步驟及數據）取該混合物粉末8.0g放入燒杯中，將140.0g 溶質的質量分數為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）第三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？

Answer 1

分析：由前三次所加稀硫酸后固體剩余物的質量可得出，每次加入稀硫酸充分反應后固體質量減少1.2g，而第4次加入等量稀硫酸充分反應后固體質量只減少4.4g-4.2g=0.2g小于1.2g，說明固體中能與稀硫酸反應的金屬已完全反應，剩余的全部為不能與硫酸反應的金屬銅；
根據金屬與酸反應的化學方程式，由消耗金屬與硫酸的質量，計算出金屬的相對原子質量并判斷金屬元素；再利用硫酸的質量計算生成的硫酸鹽的質量及反應放出氫氣的質量；最后利用所得溶液中溶質的質量分數=

生成的硫酸鹽的質量

反應后溶液的質量

×100%，計算出溶液的質量分數；其中反應后溶液質量可利用質量守恒定律求出．

解答：解：（1）混合物中Cu的質量分數=

4.2g

8g

×100%=52.5%
（2）設M金屬單質的相對原子質量為X，所得溶液中MSO₄的質量為y，生成H₂的質量為z
第3次加入稀硫酸充分反應后，前三次共消耗金屬的質量=8.0g-4.4g=3.6g，
前三次共消耗硫酸的質量=

140.0g

4

×3×14%=14.7g
    M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑（1分）
    X  98   X+96  2
 3.6g  14.7g   y  z

X

3.6g

=

98

14.7g

  X=24，可判斷該金屬是鎂；

98

14.7g

=

X+96

y

  y=18g

98

14.7g

=

2

z

  z=0.3g
MSO₄溶液的質量分數為

18g

105g+3.6g-0.3g

×100%≈16.6%
答：該混合物粉末中銅的質量分數是52.5%；第三次加入硫酸充分反應后，所得溶液中溶質的質量分數是16.6%．

點評：反應后所得溶液的質量可根據質量守恒定律進行計算，反應后溶液的質量=前三次所加稀硫酸的質量+前三次反應消耗金屬的質量-反應放出氫氣的質量．