Question

在500 mL CuSO₄和Fe₂(SO₄)₃的混合溶液中加入21.7 g 鐵粉，待反應完全后，得到16.8 g殘留固體。在濾液中加入400 mL 4 mol·L^-1的BaCl₂溶液，恰好使溶液中的完全沉淀。求原混合物中CuSO₄和Fe₂(SO₄)₃的物質的量濃度。

Answer 1

c〔Fe₂(SO₄)₃〕=0.25 mol·L^-1，c(CuSO₄)=2.45 mol·L^-1

解析:

根椐題意，Fe³⁺全部參加反應，Cu²⁺可能全部參加反應，也可能有剩余。若列方程求解，兩種情況都成立，但實際上前一種情況不可能，這給解題造成了錯誤。用極值法求解，就可避免錯誤的發生。

n()=n(Ba²⁺)=4 mol·L^-1× 0.4 L=1.6 mol

若原溶液溶質全部是CuSO₄，則需鐵1.6 mol×56 g·mol^-1=89.6 g

若原溶液溶質全部是Fe₂(SO₄)₃ ，則需鐵(1.6 mol/3)×56 g·mol^-1=29.9 g

因而實際需鐵應介于29.9—89.6 g之間。

現加入的鐵只有21.7 g，所以殘留的16.8 g固體全部是Cu。

加入21.7 g鐵，所以殘留的固體全為銅。

生成的銅的物質的量：n(Cu)==0.262 5 mol

加入的鐵的物質的量：n(Fe)==0.387 5 mol

因Fe³⁺的氧化性大于Cu²⁺，鐵粉先與Fe₂(SO₄)₃反應，剩余的Fe再與CuSO₄反應，與Fe₂(SO₄)₃反應的鐵為0.387 5 mol-0.262 5 mol=0.125 mol

c〔Fe₂(SO₄)₃〕==0.25 mol·L^-1〔1 mol Fe與1 mol Fe₂(SO₄)₃反應〕

n(CuSO₄)=1.6 mol-3n〔Fe₂(SO₄)₃〕=1.6 mol-3×0.125 mol=1.225 mol

c(CuSO₄)==2.45 mol·L^-1。