Question

今有一包鐵粉和銅粉混合粉末，為確定其組成，現提供4mol/L的FeCl₃溶液（其他用品略）．某合作學習小組同學的實驗結果如下（假定反應前后溶液體積不變）：

組別	①	②	③	④
V[FeCl3（aq）]/mL	100	100	100	100
混合粉末質量/g	6	13.2	24	36
反應后剩余固體質量/g	0	1.28	12.8	24.8

下列結論正確的是（　　）

• A、第①組溶液中c（Fe³⁺）=3.0mol/L
• B、第②組剩余固體是鐵和銅
• C、第④組反應后的濾液中c（Fe²⁺）=6mol/L
• D、原混合粉末中n（Fe）：n（Cu）=3：2

Answer 1

考點：有關混合物反應的計算

專題：計算題

分析：依據實驗結果的數據，結合反應的實質分析，根據氧化還原反應的規律，鐵離子與Fe、Cu都能反應，按照還原性強弱，鐵的還原性強于銅，所以三價鐵先和鐵反應再與銅反應，Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺；能剩余的固體可以是銅，可以是鐵和銅，從②組數據中可以得出，FeCl₃溶液全部參與反應，假設只發生第一個反應，則溶解的Fe的質量為11.2g，13.2-1.28=11.92＞11.2，所以同時也有一部分Cu溶解（發生第二個反應），所以剩余的固體全部為Cu；利用②的數據根據化學方程式進行計算，求的鐵和銅的物質的量之比，利用③組的數據對比判斷剩余的固體；進而依據鐵和銅的物質的量之比計算①組反應后溶液中的三價鐵離子濃度，計算④組中反應后的溶液中二價鐵的濃度．

解答： 解：從②組數據中可以得出，FeCl₃溶液全部參與反應，假設只發生第一個反應，則溶解的Fe的質量為11.2g，
13.2-1.28=11.92=2＞11.2，所以同時也有一部分Cu溶解，剩余的固體全部為Cu；利用②的數據，設Cu、Fe合金中金屬物質的量分別為xmol、ymol．
 Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
 x   0.2x     
  Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺
0.2-0.1x 0.4-0.2x    
依據銅元素守恒可得：（0.2-0.1x）+

1.28

64

=y，根據質量守恒可得：56x+64y=13.2，
聯立解得：x=y=0.11，
即銅與鐵物質的量比是1：1，
驗證：利用③的數據，正好是24-11.2=12.8，所以只發生了Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，剩余的12.8全部為Cu，所以n（Fe）：n（Cu）=（

11.2

56

）：（

1.28

64

）=1：1，符合鐵和銅的物質的量之比的判斷；
①組，6g固體中含有Cu、Fe的物質的量各為0.05mol
  Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺
0.05  0.1  0.15
  Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺
0.05  0.1  0.05 0.1
c（Fe³⁺）=

0.4mol-0.2mol

0.1L

=2.0mol/L，
④組中鐵和銅物質的量按照1：1混合，可以計算得到鐵和銅的物質的量都為：

36g

(56+64)g/mol

=0.3mol，
36g金屬中鐵的質量為：0.3mol×56g/mol=16.8g，銅的質量為19.2g； 
依據反應Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，有三價鐵離子物質的量計算判斷，反應金屬為11.2g鐵，所以剩余固體為鐵和銅，三價鐵全部反應，根據鐵元素守恒可知，0.4molFe³⁺全部反應生成Fe²⁺，溶解的鐵為11.2g，物質的量為：

11.2g

56g/mol

=0.2mol，所以反應后溶液中的二價鐵離子的濃度C（Fe²⁺）=

0.2mol+0.4mol

0.1L

=6mol/L，
A、第①組溶液中c（Fe³⁺）=2.0mol/L，故A錯誤；
B、第②、③組剩余固體全是銅，故B錯誤；
C、第④組反應后的濾液中c（Fe²⁺）=6mol/L，故C正確；
D、原混合粉末中n（Fe）：n（Cu）=1：1，故D錯誤；
故選C．

點評：本題考查了鐵及其化合物的性質應用，主要是實驗數據的分析判斷和計算，題目難度較大，關鍵是通過②判斷剩余固體為銅，通過計算得到鐵和銅的物質的量之比，③④剩余固體便順利判斷成分，進而依據化學方程式或元素守恒計算，題目綜合性較大，數據處理較復雜．