Question

3．一包由Cu、Fe、Fe₂O₃三種物質構成的混合粉末，某合作學習小組的同學擬探究其組成．他們稱取該混合粉末20.40g放入反應器中并連接氣體收集裝置，向反應器逐滴加入4.00mol•L^-1硫酸溶液并緩慢攪拌．當加入硫酸a mL時，混合粉末恰好完全溶解，同時收集到bL（標準狀況）H₂，向反應后的溶液中滴入KSCN溶液，溶液不顯紅色．下列結論正確的是（　　）

• A． 混合粉末中物質的量之間一定滿足：n（Cu）+n（Fe）=n（Fe₂O₃）
• B． 混合粉末中物質的量之間一定滿足：n（Fe）＞n（Cu）＞n（Fe₂O₃）
• C． 混合粉末中物質的量之間一定滿足：n（Cu）+n（Fe）═n（Fe₂O₃）+$\frac{bL}{22.4L•mo{l}^{-1}}$
• D． 若a=72.50，b=1.12，則20.40g混合粉末中：n（Fe）=n（Cu）=0.05mol、n（Fe₂O₃）=0.09mol

Answer 1

分析 向反應后的溶液中滴入KSCN溶液，溶液不顯紅色，說明溶液中沒有Fe³⁺，且進入amL硫酸后混合粉末完全溶解，同時還生成bL（標準狀況）H₂，發生的反應有：
Fe+Fe₂O₃+3H₂SO₄=3FeSO₄+3H₂O①
Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=2FeSO₄+CuSO₄+3H₂O②
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑③，
根據方程式①②③得n（Fe）+n（Cu）=n（Cu）+n（Fe）═n（Fe₂O₃）+$\frac{bL}{22.4L•mo{l}^{-1}}$；
如果a=72.50、b=1.12，
硫酸中的H⁺完全反應后生成H₂和H₂O，根據H原子守恒得n（H₂SO₄）=n（H₂）+n（H₂O），則n（H₂O）=4.00mol/L×0.0725L-$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.29mol-0.05mol=0.24mol，
根據O原子守恒計算n（Fe₂O₃）；
根據轉移電子守恒及Cu、Fe的質量計算n（Fe）、n（Cu）．

解答 解：向反應后的溶液中滴入KSCN溶液，溶液不顯紅色，說明溶液中沒有Fe³⁺，且進入amL硫酸后混合粉末完全溶解，同時還生成bL（標準狀況）H₂，發生的反應有：
Fe+Fe₂O₃+3H₂SO₄=3FeSO₄+3H₂O①
Cu+Fe₂O₃+3H₂SO₄=2FeSO₄+CuSO₄+3H₂O②
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑③，
根據方程式①②③得n（Fe）+n（Cu）=n（Cu）+n（Fe）═n（Fe₂O₃）+$\frac{bL}{22.4L•mo{l}^{-1}}$；
如果a=72.50、b=1.12，
硫酸中的H⁺完全反應后生成H₂和H₂O，根據H原子守恒得n（H₂SO₄）=n（H₂）+n（H₂O），則n（H₂O）=4.00mol/L×0.0725L-$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.29mol-0.05mol=0.24mol，
根據O原子守恒得n（Fe₂O₃）=$\frac{1}{3}$n（H₂O）=$\frac{1}{3}$×0.24mol=0.08mol；
則m（Fe）+m（Cu）=20.40g-160g×0.08=7.6g，
設n（Fe）=xmol、n（Cu）=ymol，結合轉移電子守恒得
$\left\{\begin{array}{l}{56x+64y=7.6}\\{2x+2y=0.08×2×1+0.05×2}\end{array}\right.$
解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.09}\\{y=0.04}\end{array}\right.$，
即n（Fe）=0.09mol、n（Cu）=0.04mol、n（Fe₂O₃）=0.08mol，
通過以上分析知，只有C正確；
故選C．

點評 本題考查混合物的有關計算，側重考查學生分析計算及知識綜合運用能力，明確溶液中溶質成分及物質之間發生的反應是解本題關鍵，注意反應過程中原子守恒及轉移電子守恒的靈活運用，題目難度中等．