Question

14．有鐵和氧化鐵組成的粉末狀混合物19.2g，向其中加入250ml未知濃度的稀硫酸，當固體全部溶解時，放出3.36L氫氣（標準狀況）．經測定，加入的硫酸實際上消耗了$\frac{3}{5}$，且反應后的溶液中不含三價鐵離子．
（l）寫出反應的離子方程式Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）混合物中鐵和氧化鐵的質量各為多少？
（3）所加稀硫酸的物質的量濃度是多少？

Answer 1

分析 （1）反應后的溶液中不含三價鐵離子，說明發生反應有：氧化鐵與氫離子反應生成鐵離子和水，鐵離子與鐵反應生成亞鐵離子，鐵與氫離子反應生成氫氣，據此寫出反應的離子方程式；
（2）設出鐵和氧化鐵的物質的量，利用質量關系、電子守恒列式計算出二者的物質的量，再計算出質量即可；
（3）根據反應過程中硫酸分為兩部分，一部分與鐵和氧化鐵反應，另一部分剩余在溶液中，根據反應中生成產物為硫酸亞鐵計算出反應消耗的硫酸，最高價“加入的硫酸實際上消耗了$\frac{3}{5}$”計算出原溶液中硫酸的濃度．

解答 解：（1）將稀硫酸加入鐵和三氧化二鐵的混合物中，反應后的溶液中不含三價鐵離子，則發生反應有：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）反應后氫離子有剩余，說明鐵和氧化鐵完全反應，設鐵的物質的量為x，氧化鐵的物質的量為y，根據質量可得：①56x+160y=19.2；
生成的標況下3.36L氫氣的物質的量為：$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，生成0.15mol氫氣得到0.15mol×2=0.3mol電子，ymol氧化鐵轉化成亞鐵離子得到2ymol電子，xmol鐵失去2xmol電子，根據電荷守恒可得：②2y+0.3=2x，
根據①②組成方程組解得：x=0.2、y=0.05，
所以混合物中鐵的質量為：56g/mol×0.2mol=11.2g；氧化鐵的質量為：160g/nol×0.05mol=8g，
答：混合物中鐵和氧化鐵的質量各為 11.2g、8g；
（3）鐵、氧化鐵和硫酸完全反應后生成FeSO₄，根據原子守恒，鐵和氧化鐵總共消耗的硫酸的物質的量為：n（H₂SO₄）=n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=0.2mol+0.05mol×2=0.3mol，參與反應的硫酸的物質的量濃度為：c（H₂SO₄）=$\frac{0.3mol}{0.25L}$=1.2mol/L，
加入的硫酸實際上消耗了$\frac{3}{5}$，由于溶液體積不變，則消耗的硫酸的物質的量濃度為原溶液中硫酸濃度的$\frac{3}{5}$，
所以原溶液中硫酸的濃度為：c（H₂SO₄）=$\frac{1.2mol/L}{\frac{3}{5}}$=2mol/L，
答：所加稀硫酸的物質的量濃度是2 mol/L．

點評 本題考查了有關混合物的計算，題目難度中等，明確反應實質、反應的先后順序是解題關鍵，注意質量守恒、原子守恒在計算出中應用方法，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．