Question

（1）將Xg氧化銅粉末加入到100g質量分數為14%的硫酸溶液中，微熱至氧化銅全部溶解，再向所得藍色溶液中加入Wg鐵粉，充分反應后，過濾、烘干，得到干燥的固體物質仍是W g．則原先加入的氧化銅質量X的值是________，加入鐵粉的質量W的值至少是________．
（2）某地出產的石灰石里所含雜質既不溶于水也不與鹽酸反應．為測定該石灰石中碳酸鈣的含量，現進行下列實驗：稱取25g石灰石放在質量為115g的燒杯中，向其中加入100g稀鹽酸，反應恰好完全，這時稱得燒杯及其中物質質量共為231.2g．求：
①石灰石中碳酸鈣的質量分數．
②反應后溶液中溶質的質量分數（計算結果準確到0.1%）．

Answer 1

解：（1）設原先氧化銅的質量為m，則與氧化銅反應的硫酸的質量x，生成硫酸銅的質量y
CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
80 98 160
m x y
x=

y=2m
設加入鐵粉與硫酸銅溶液充分反應固體增加的質量為a；與剩余稀硫酸反應的鐵的質量為b，
Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu 固體質量增加
56 160 64 64-56=8
2m a

Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56 98
b 100g×14%-
b=8-0.7m
反應前后固體質量不變，即與硫酸反應消耗鐵的質量等于與硫酸銅反應固體增加的質量，即：a=b
0.1m=8-0.7m 解得m=10g
由題意可知，硫酸最終全部裝化為硫酸亞鐵，設硫酸亞鐵的質量為Z：
H₂SO₄ ～FeSO₄
98 152
14g×100% Z
Z=g
加入鐵粉的質量W=g××100%=8g
（2）①由題意可知，反應中生成的二氧化碳的質量為：
25g+115g+100g-231.2g=8.8g
設25g石灰石中碳酸鈣的質量為p，反應生成氯化鈣的質量為q
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100 111 44
p q 8.8g
解得：p=20g
解得 q=22.2g
石灰石中碳酸鈣的質量分數為×100%=80.0%
②反應后溶液中溶質的質量分數為：
=20.0%
答：（1）10，8；（2）①石灰石中碳酸鈣的質量分數是80.0%，②反應后溶液中溶質的質量分數是20.0%
分析：（1）根據題意，從CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu，可以看出鐵轉化出銅，這是一個使固體質量增加的過程，而題目明確的說明過濾后的固體質量與投入的鐵粉質量相同，這只能說明氧化銅被溶解后，硫酸仍然有剩余，剩余的硫酸繼續消耗鐵粉，且消耗鐵粉的質量與前一步固體增加的質量相等；利用這一等量關系，計算所加入氧化銅的質量；由題意可知，硫酸最終全部裝化為硫酸亞鐵，根據硫酸根守恒可以求出加入鐵粉的質量W的值；
（2）根據質量守恒定律，燒杯及其中物質減少的質量就是生成的二氧化碳的質量，由二氧化碳的質量，根據碳酸鈣與鹽酸反應的方程式可求出碳酸鈣、氯化鈣的質量，由以上數據就可以進行有關的計算．
點評：解答（1）題時，分析固體質量不變的原因是解決本題的關鍵：要使加入的鐵粉和得到的固體質量相等必須使硫酸消耗多余的Fe，且消耗鐵粉的質量與置換出銅固體增加的質量相等．