Question

19．若不考慮空氣等因素的影響，試計算：
（1）將10g鐵粉加入到50mL 2mol•L^-1的稀硫酸中，充分反應后生成的硫酸亞鐵物質的量為0.1mol．
（2）將a g生鐵（成分是Fe和C）加入到b mL 2mol•L^-1的稀硫酸中，充分反應后生成的氫氣c L（標準狀況），溶液中有黑色固體剩余．再加入少量稀硫酸，黑色固體不溶解，則生鐵中的質量分數是$\frac{2.5c}{a}$（用代數式表示）．
（3）將a g處理過的廢鐵屑（成分是Fe和Fe₂O₃）加入到b mL 2mol•L^-1的稀硫酸中，生成的氫氣c L（標準狀況）．充分反應后生成硫酸亞鐵的物質的量取值范圍為：$\frac{c}{22.4}$mol＜n（FeSO₄）≤2b×10^-3mol（用代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）n（Fe）=$\frac{10g}{56g/mol}$=0.179mol，n（H₂SO₄）=2mol/L×0.05L=0.1mol，二者反應方程式為Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，根據方程式知，Fe過量，以硫酸為標準計算硫酸亞鐵的物質的量；
（2）充分反應后生成的氫氣c L（標準狀況），溶液中有黑色固體剩余．再加入少量稀硫酸，黑色固體不溶解，說明Fe完全反應，根據Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑得m（Fe）=n（Fe）．M（Fe）=n（H₂）．M（Fe）=$\frac{c}{22.4}$mol×56g/mol，Fe的質量分數=$\frac{m（Fe）}{m（生鐵）}×100%$；
（3）生成硫酸亞鐵最少時為Fe和硫酸反應生成氫氣，Fe和硫酸鐵不反應；生成硫酸亞鐵最多時為硫酸根離子完全與亞鐵離子結合生成硫酸亞鐵，所以生成硫酸亞鐵的物質的量大于產生氫氣生成的硫酸亞鐵的量，小于等于硫酸完全轉化為硫酸亞鐵的物質的量．

解答 解：（1）n（Fe）=$\frac{10g}{56g/mol}$=0.179mol，n（H₂SO₄）=2mol/L×0.05L=0.1mol，二者反應方程式為Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，根據方程式知，Fe過量，以硫酸為標準得n（FeSO₄）=n（H₂SO₄）=0.1mol，
故答案為：0.1mol；
（2）充分反應后生成的氫氣c L（標準狀況），溶液中有黑色固體剩余．再加入少量稀硫酸，黑色固體不溶解，說明Fe完全反應，根據Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑得m（Fe）=n（Fe）．M（Fe）=n（H₂）．M（Fe）=$\frac{c}{22.4}$mol×56g/mol，Fe的質量分數=$\frac{m（Fe）}{m（生鐵）}×100%$=$\frac{\frac{c}{22.4}mol×56g/mol}{ag}$×100%=$\frac{2.5c}{a}$，
故答案為：$\frac{2.5c}{a}$；
（3）生成硫酸亞鐵最少時為Fe和硫酸反應生成氫氣，Fe和硫酸鐵不反應；生成硫酸亞鐵最多時為硫酸根離子完全與亞鐵離子結合生成硫酸亞鐵，根據Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，則FeSO₄～H₂↑，所以n（FeSO₄）=n（H₂）=$\frac{cL}{22.4L/mol}$=$\frac{c}{22.4}$mol，小于等于硫酸完全轉化為硫酸亞鐵的物質的量，根據硫酸根守恒可知：n（FeSO₄）=b×10^-3L×2mol/L=2b×10^-3mol，所以$\frac{c}{22.4}$mol＜n（FeSO₄）≤2b×10^-3mol，故答案為：$\frac{c}{22.4}$mol；2b×10^-3mol．

點評 本題考查化學方程式的計算，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，難點是（3）題的取值范圍的計算，把握哪種情況生成的硫酸亞鐵最少、哪種情況生成的硫酸亞鐵最多是解本題關鍵，題目難度中等．