Question

【題目】已知常溫下Cu能與Fe3+發生反應：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+現將銅粉與二氧化二鐵的混合物22.4g加入到1mol/L的H2SO4溶液中進行反應。

（1）若固體恰好溶解，消耗硫酸的體積為V，則V的取值范圍是_______。

（2）若硫酸溶液過量，反應后溶液的體積為1L，測得此溶液中Fe2+的濃度為0.1mol/L,則混合物中含銅_______g或_______g（只需寫出結果）

Answer 1

【答案】0.3LV<0.42L 3.2 14.4

【解析】

（1）若固體恰好全部溶解，發生反應Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O,Cu+Fe2（SO4）3=2FeSO4+CuSO4，總反應方程式為Cu+Fe2O3+3H2SO4=CuSO4+2FeSO4+3H2O，

若Cu、Fe2O3按物質的量1：1混合，消耗的硫酸最少，若混合物粉末全是Fe2O3，消耗的硫酸最多，結合方程式計算解答；

（2）硫酸溶液過量，若銅過量，過量的銅不與硫酸反應，則只發生如下反應：Cu+Fe2O3+3H2SO4=CuSO4+2FeSO4+3H2O，根據溶液中n（Fe2+）計算n（Fe2O3），進而計算Cu的質量；

若Fe2O3過量，過量的Fe2O3將與H2SO4反應，根據溶液中n（Fe2+）計算Cu的質量．

（1）若固體恰好全部溶解，銅粉和三氧化二鐵的混合物是按如下反應進行：

Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O、Cu+Fe2（SO4）3=2FeSO4+CuSO4

總反應方程式為：Cu+Fe2O3+3H2SO4=CuSO4+2FeSO4+3H2O

若Cu、Fe2O3按物質的量1：1混合，消耗的硫酸最少，則n（Cu）=n（Fe2O3）===0.1mol，由方程式可知，需要硫酸為0.1mol×3=0.3mol，硫酸體積為==0.3L，若混合物粉末全是Fe2O3，消耗的硫酸最多，則發生：Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O，n（Fe2O3）===0.14mol，故消耗H2SO4為0.14 mol×3=0.42 mol，硫酸體積為==0.42L，

但銅的質量不可能為0，故有0.3L≤V＜0.42L，

故答案為：0.3L≤V＜0.42L；

（2）溶液中n（Fe2+）=1L×0.1mol/L=0.1mol，則

Cu+ Fe2O3+3H2SO4=CuSO4+2FeSO4+3H2O

0.05mol 0.05mol 0.1mol

若銅過量，過量的銅不與硫酸反應，則m （Fe2O3）=0.05 mol×160 g/mol=8.0 g，故m （Cu）=22.4 g-8.0 g=14.4 g；

若Fe2O3過量，過量的Fe2O3將與H2SO4反應，則m （Cu）=0.05mol×64 g/mol=3.2g，

故答案為：3.2或14.4．