Question

14．某金屬混合物的主要成分是鋅、鐵和銅，課外興趣小組將500克稀硫酸溶液不斷加到50克金屬混合物中得到如下數據：

次數	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次
加入稀硫酸溶液的質量/克	100	100	100	100	100
剩余固體的質量/克	37	24.9	a	3	3

（1）該50克金屬混合物中含有銅3克．
（2）其所用稀硫酸溶液的溶質質量分數為多少？
（3）表格中“a”的值為13.7．

Answer 1

分析 在鋅、鐵和銅三種金屬，鋅和鐵都能和硫酸反應，只有銅不和硫酸反應，所以不斷加入硫酸最后剩余的是銅，也就是銅的質量為3g．由于鋅鐵的活動性是鋅比鐵活潑，根據金屬反應的優先原則，鋅先和硫酸反應，等到鋅完全后鐵才能和硫酸反應．

解答 解：在鋅、鐵和銅三種金屬，鋅和鐵都能和硫酸反應，只有銅不和硫酸反應，所以不斷加入硫酸最后剩余的是銅，也就是銅的質量為3g．由于鋅鐵的活動性是鋅比鐵活潑，根據金屬反應的優先原則，鋅先和硫酸反應，等到鋅完全后鐵才能和硫酸反應．
消耗等質量的硫酸消耗的鋅和鐵的質量為65：56，也就是當加入等質量的酸，如果是同種金屬，則引起的固體質量變化相等，而現在加入第一硫酸，引起的質量變化為13g，而第二次是12.1g，說明第一次加入酸，只有鋅參加了反應，第二次是鋅和鐵參加的反應．此時也可以分析如果100g硫酸消耗的鐵的質量為$\frac{56}{65}$×13g=11.2g．而當加入第三次硫酸的時候只有鐵和硫酸反應，所以可知固體在24.9g的基礎上減少了11.2g，所以a=24.9g-11.2g=13.7g，根據這個分析可知繼續加入100g硫酸，所以在13.7的基礎上繼續減少11.2g剩余2.5g，結果是剩余3g，說明硫酸過量，鐵完全反應．也印證了前面分析的100g硫酸對應鋅的減少量為13g，對應的鐵的減少量為11.2g的結論是正確的．
計算硫酸的質量分數可以用“100g硫酸對應鋅的減少量為13g“或者”100g硫酸對應的鐵的減少量為11.2g“．
設100g硫酸中溶質的質量為x．
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
65    98
13g   x
$\frac{65}{98}$=$\frac{13g}{x}$
x=19.6g
或者
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56    98
11.2g   x
$\frac{56}{98}$=$\frac{11.2g}{x}$
x=19.6g
則硫酸中溶質的質量分數為$\frac{19.6g}{100g}×$100%=19.6%
答：（1）該50克金屬混合物中含有銅 3克．
（2）其所用稀硫酸溶液的溶質質量分數為19.6%
（3）表格中“a”的值為 13.7．

點評 題目借助數據分析將金屬活動性的優先原則進行運用，解題中很容易忽略，也很難理解數據變化的規律．所以要綜合分析金屬反應的優先原則以及反應的質量關系．