Question

17．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1：

通過計算（寫出計算過程），求：
（1）該混合物中銅的質量分數？
（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？
（3）實驗室有一瓶濃硫酸，如圖2，仔細觀察標簽：現要將100g這種濃硫酸稀釋為質量分數為實驗所用的稀硫酸，需要加水的質量是600g．請寫出稀釋時應注意事項將濃硫酸慢慢倒入水中，并不斷攪拌．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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=$\frac{生成的硫酸鹽的質量}{反應后溶液的質量}$×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．
（2）利用稀釋前后溶質的質量不變列方程解決．

解答 解：（1）混合物中Cu的質量分數=$\frac{4.2g}{8g}$×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=$\frac{140.0g}{4}$×3×14%=14.7g
    M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑
    x  98   x+96  2
 3.6g  14.7g   y  z
則$\frac{x}{3.6g}=\frac{98}{14.7g}$，解得x=24，可判斷該金屬是鎂；
則$\frac{98}{14.7g}$=$\frac{24+96}{y}$，解得y=18g，
則$\frac{98}{14.7g}$=$\frac{2}{z}$，解得z=0.3g，
MSO₄溶液的質量分數為$\frac{18g}{105g+3.6g-0.3g}$×100%≈16.6%．
（3）設100g這種濃硫酸稀釋為質量分數為14%的硫酸，需要水的質量為x．
100g×98%═（100g+x）×14%，解得x═600g．
答：現要將100g這種濃硫酸稀釋為質量分數為實驗所用的稀硫酸，需要加水的質量是600g．稀釋時應注意事項將濃硫酸慢慢倒入水中，并不斷攪拌．
故答案為：
（1）52.5%； （2）確定是鎂； 16.6%；（3）600克；將濃硫酸慢慢倒入水中，并不斷攪拌．

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．