Question

已知常溫時反應2Fe³⁺+Cu2Fe²⁺+Cu²⁺在水溶液中能發生，將22.4 g由銅和三氧化二鐵組成的混合物粉末加入到濃度為1 mol·L^-1的硫酸中，使之發生反應。

(1)若固體恰好全部溶解，消耗硫酸的體積為V，則V的取值范圍為_________。

(2)若硫酸溶液過量，反應后溶液的體積為1 L，測得溶液中Fe²⁺濃度為0.1 mol·L^-1，則原始混合物中含銅的質量為_________。

Answer 1

(1)0.3 L≤V＜0.42 L  (2)14.4 g或3.2 g

解析:固體全部溶解，涉及的反應有：

①Fe₂O₃+3H₂SO₄Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

②Fe₂(SO₄)₃+Cu2FeSO₄+CuSO₄

假設固體只有Fe₂O₃，反應僅按①進行，顯然恰好反應時，應滿足：1 mol·L^-1×V=3×22.4 g/160 g·mol^-1，解得V=0.42 L。

    假設固體是Cu和Fe₂O₃的混合物，反應按①②兩式進行，若要固體恰好溶解，物質的量應滿足：n(Cu)=n〔Fe₂(SO₄)₃〕=n(Fe₂O₃)=x mol，依題意：64x+160x=22.4,解得x=0.1

    由反應①得關系式1 mol·L^-1×V=3×0.1 mol,V=0.3 L。

    所以V的取值范圍是：0.3 L≤V＜0.42 L

(2)溶液中，n(Fe²⁺)=0.1 mol，它是由反應式②生成的，因為Fe₂(SO₄)₃和Cu誰過量，題目中不明確，故需要加以討論。

    若Cu過量，是n(Fe₂O₃)=n〔Fe₂(SO₄)₃〕=1/2n(Fe₂SO₄)=0.05 mol，Cu的質量為：22.4 g-m(Fe₂O₃)=22.4 g-0.05 mol×160 g·mol^-1=14.4 g

    若Fe₂(SO₄)₃過量，則n(Cu)=1/2n(FeSO₄)=0.05 mol，Cu的質量為0.05 mol×64 g·mol^-1=3.2 g

    綜上討論，原混合物中銅的質量為14.4 g或3.2 g。