Question

20．有一鐵粉、氧化銅、氧化鐵組成的混合物，將其投入到110mL 4mol•L^-1的鹽酸中充分反應后，放出氣體896mL（標準狀況下測定），過濾所得固體干燥后稱重，其質量為1.28g，濾液經分析檢驗確認其中無Cu²⁺，將濾液稀釋到200mL，從中取出50mL，逐漸加入1mol•L^-1的NaOH溶液，當加入了20mL 后，再向濾液中加NaOH溶液則出現沉淀．求混合物中鐵粉的質量分數．

Answer 1

分析 反應后溶液中還有較多H⁺離子剩余，且濾液中沒有Cu²⁺，可知殘留物沒有Fe，只有Cu，而Cu可以殘留說明溶液中沒有Fe³⁺，溶液中陽離子為H⁺和Fe²⁺，參加反應的HCl中的H元素轉化到氫氣、水中，根據H原子守恒，計算混合物中O原子物質的量，根據Cu元素守恒計算n（CuO），再根據O原子守恒計算n（Fe₂O₃），根據$\frac{m（鐵粉）}{混合物的總質量}×100%$求合物中鐵粉的質量分數．

解答 解：反應后溶液中還有較多H⁺離子剩余，且濾液中沒有Cu²⁺，可知殘留物沒有Fe，只有Cu，而Cu可以殘留說明溶液中沒有Fe³⁺，溶液中陽離子為H⁺和Fe²⁺，
反應后剩余n（H⁺）=1mol/L×0.02L×$\frac{200}{50}$=0.08mol，原溶液中n（HCl）=4mol/L×0.11L=0.44mol，
參加反應的HCl中的H元素轉化到氫氣、水中，根據H原子守恒，2n（H₂O）+2n（H₂）=n_總（HCl）-n_余（H⁺），即2n（H₂O）+2×$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.44mol-0.08mol，n（H₂O）=0.14mol，故混合物中n（O）=n（H₂O）=0.14mol，
由銅元素守恒，則n（CuO）=n（Cu）=$\frac{1.28g}{64g/mol}$=0.02mol，
由O原子守恒：3n（Fe₂O₃）+n（CuO）=0.14mol，則n（Fe₂O₃）=0.04mol，
根據Cl原子守恒：n_總（HCl）=n_剩余（HCl）+2n（FeCl₂），即0.11L×4mol/L=0.08mol+2n（FeCl₂），解得n（FeCl₂）=0.18mol，所以n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=0.18mol，則n（Fe）=0.1 mol，所以混合物中鐵粉的質量分數為：$\frac{0.1×56}{0.02×80+0.04×160+0.1×56}×100%$=41.2%，答：合物中鐵粉的質量分數為：41.2%．

點評 本題考查混合物計算，注意從溶液存在的離子判斷物質反應的程度，注意利用守恒的方法計算，題目難度中等．