Question

9．將一些氧化銅粉末加入到盛有100克 14%的硫酸溶液的容器中，微熱至氧化銅全部溶解．再向該藍色溶液中加入鐵粉16.8克，有氣泡產生，充分反應后得到氣體0.036克；再把容器中混和物過濾、干燥，仍得到固體物質16.8克．求：
（1）最后的固體物質中有多少克鐵粉？
（2）原加入的氧化銅質量是多少克？
（3）最后得到的溶液的質量分數是多少？

Answer 1

分析 （1）根據氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅和水，硫酸銅和鐵會生成硫酸亞鐵和銅，鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，然后依據反應前后固體質量不變進行分析；
（2）最后生成的溶質是FeSO₄，它是由兩部分生成的．第一部分與CuSO₄反應得到的FeSO₄，第二部分是鐵與剩余硫酸生成的FeSO₄，反應后溶液中總共含有FeSO₄為兩部分的質量和；利用鐵和硫酸銅反應以及氧化銅的關系求出氧化銅的質量即可．
（3）根據質量守恒定律，反應后所得溶液總質量=100g稀硫酸+氧化銅的質量+鐵的質量-析出的銅的質量（與鐵的質量相等）-氫氣質量，由于參加反應鐵的質量與析出固體的質量相等，所以反應后所得溶液的總質量=100g稀硫酸+氧化銅的質量-氫氣質量．則最后得到溶液的質量分數為生成FeSO₄的總質量與反應后所得溶液總質量的比．

解答 解：（1）氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅和水，硫酸銅和鐵會生成硫酸亞鐵和銅，鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，所以最后的固體物質中有鐵粉的質量為0．
（2）設與硫酸反應的鐵的質量為x，與硫酸銅反應的鐵的質量為y，固體增加質量為m
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑   固體減少
56                                    56
 x                                       x
Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu  固體質量增加
56                          64       8
y                                      m
$\frac{56}{y}=\frac{8}{m}$
m=$\frac{y}{7}$
所以x+y=16.8①
化學反應前后固體質量不變，所以 x=$\frac{y}{7}$
由①②可知，x=2.1g，y=16.8g-2.1g=14.7g
設氧化銅質量為z，
Fe--CuSO₄---CuO
56                80
14.7g             z
$\frac{56}{14.7g}=\frac{80}{z}$
z=21g
（2）鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵質量為w，生成氫氣為a
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑  
56             152          2
2.1g        w             a
$\frac{56}{2.1g}=\frac{152}{w}=\frac{2}{a}$
w=5.7g
a=0.075g
鐵和硫酸銅反應生成硫酸亞鐵質量為h
Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu 固體質量增加
56                152 
14.7g              h
$\frac{56}{14.7g}=\frac{152}{h}$
h=39.9g
$\frac{5.7g+39.9g}{100g+21g-0.075g}$×100%=37.7%．
最后的固體物質中有16.8g-
答：（1）最后的固體物質中鐵粉質量為0．
（2）原加入的氧化銅質量是21g；
（3）最后得到的溶液的質量分數是37.7%．

點評 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．