Question

5．將2.0mol/LFe₂（SO₄）₃溶液和2.0mol/LH₂SO₄等體積混合（假設混合后溶液的體積等于混合前溶液的體積之和）．計算：
（1）混合液中Fe³⁺的物質的量濃度；
（2）混合液中H⁺、SO₄^2-的物質的量濃度；
（3）假設混和后的溶液為2L，加入一定量Fe粉后放出H₂在標準狀況下的體積為16.8L，求加入鐵粉的質量．

Answer 1

分析 （1）設兩溶液體積都為VL，根據c=nV計算出硫酸鐵的物質的量，再根據硫酸鐵的化學式計算鐵離子的物質的量，最后根據c=$\frac{n}{V}$計算出混合液中鐵離子的物質的量濃度；
（2）2.0 mol/L H₂SO₄溶液中H⁺的物質的量濃度為4mol/L，根據稀釋定律，稀釋前后溶質的物質的量不變，據此計算混合后c（H⁺）；
根據n=cV計算出硫酸鐵、硫酸的物質的量，再根據化學式計算出硫酸根離子的物質的量，最后根據c=$\frac{n}{V}$計算出混合液中SO₄^2-的物質的量濃度；
（3）三價鐵離子氧化性強于氫離子，混合物中加入鐵，先與三價鐵離子反應，剩余鐵再與氫離子反應生成氫氣，依據方程式：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，計算解答．

解答 解：（1）設混合液體積為2VL，VL 2.0mol/L的硫酸鐵溶液中含有硫酸鐵的物質的量為：2.0mol/L×VL=2Vmol，2Vmol硫酸鐵中含有4Vmol鐵離子，混合液中鐵離子的濃度為：c（Fe³⁺）=$\frac{4Vmol}{2VL}$=2 mol/L，
答：混合液中Fe³⁺的物質的量濃度為2mol/L；
（2）2.0 mol/L H₂SO₄溶液中H⁺的物質的量濃度為4mol/L，根據稀釋定律，稀釋前后溶質的物質的量不變，則等體積混合后，溶液中H⁺的物質的量濃度c（H⁺）=$\frac{1}{2}$×4mol/L=2mol/L．
設混合液體積為2VL，2.0 mol/L H₂SO₄VL溶液中含有硫酸的物質的量為：2.0mol/L×VL=2Vmol，2Vmol硫酸能夠電離出2Vmol硫酸根離子，2Vmol硫酸鐵中含有6Vmol硫酸根離子，則混合液中硫酸根離子濃度為：c（SO₄^2-）=$\frac{2Vmol+6Vmol}{2VL}$=4 mol/L，
答：混溶液中H⁺的物質的量濃度為2mol/L；SO₄^2-的物質的量濃度為4mol/L；
（3）將2.0mol/LFe₂（SO₄）₃溶液和2.0mol/LH₂SO₄等體積混合，混和后的溶液為2L，則含有三價鐵離子的物質的量為：2.0mol/L×2×1L=4mol，依據方程式：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可知消耗鐵物質的量為2mol，剩余鐵與硫酸反應生成氫氣標準狀況下的體積為16.8L，物質的量為：$\frac{16.8L}{22.4L/mol}$=0.75mol，依據方程式：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，可知消耗鐵物質的量為0.75mol，共消耗鐵物質的量為2mol+0.75mol=2.75mol，質量為：2.75mol×56g/mol=154g；
答：加入鐵粉的質量為154g．

點評 本題考查物質的量濃度的計算，涉及定義法、稀釋定律、電荷守恒、元素守恒等方法，難度中等，注意守恒思想的運用，注意氧化還原反應強弱規律的應用．