Question

9．現有一包鐵粉和銅粉混合均勻的粉末樣品，為確定其組成，某興趣小組同學將不同質量的該樣品分別與40mL 1mol/L的FeCl₃溶液反應，實驗結果如下表所示（忽略反應前后溶液體積的微小變化）．

實驗序號	①	②	③	④
M（粉末樣品）/g	0.90	1.80	3.60	7.20
M（反應后剩余固體）/g	0	0.64	2.48	6.08

（1）實驗①反應后溶液中含有的金屬陽離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．
（2）原粉末樣品中m（Fe）：m（Cu）=7：8．

Answer 1

分析 鐵的還原性強于銅，所以Fe³⁺先和鐵發生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應后Fe³⁺有剩余，再與銅發生反應：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固體是銅或鐵和銅，
從第②組數據，可以得出FeCl₃溶液全部參與反應，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金屬質量=1.80g-0.64g=1.16g，大于第①組溶解的金屬質量，故第①組金屬完全反應、FeCl₃有剩余；
第②組實驗中FeCl₃溶液全部參與反應，其物質的量為=0.04L×1mol/L=0.04mol，假設只發生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，參加反應Fe的物質的量為0.02mol，則溶解的Fe的質量為0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同時也有一部分Cu溶解，所以剩余的固體全部為Cu；
設出②中Fe、Cu的物質的量，根據②中剩余全部為Cu列式計算出Fe、Cu的物質的量，然后計算出二者質量之比．

解答 解：鐵的還原性強于銅，所以Fe³⁺先和鐵發生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應后Fe³⁺有剩余，再與銅發生反應：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固體是銅或鐵和銅，
從第②組數據，可以得出FeCl₃溶液全部參與反應，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金屬質量1.80g-0.64g=1.16g，大于第①組溶解的金屬質量，故第①組金屬完全反應、FeCl₃有剩余；
第②組實驗中FeCl₃溶液全部參與反應，其物質的量為=0.04L×1mol/L=0.04mol，假設只發生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，參加反應Fe的物質的量為0.02mol，則溶解的Fe的質量為0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同時也有一部分Cu溶解，所以剩余的固體全部為Cu，
（1）依據分析可知，實驗一反應后溶液中含有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，
故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺；
（2）實驗②中剩余的0.64g全部為Cu，則溶解的Fe、Cu的總質量為：1.80g-0.64g=1.16g，
設溶解的Fe、Cu的物質的量分別為x+y，則$\left\{\begin{array}{l}{56x+64y=1.16}\\{2x+2y=0.04}\end{array}\right.$，解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.015mol}\\{y=0.005mol}\end{array}\right.$，
則1.8g該混合物中含有Fe的質量為：56g/mol×0.015mol=0.84g，含有Cu的在為：1.8g-0.84g=0.96g，
則混合物中m（Fe）：m（Cu）=0.84g：0.96g=7：8，
故答案為：7：8．

點評 本題考查混合物的計算，他們的濃重的，明確物質反應先后順序及各組剩余固體成分是解本題關鍵，再結合轉移電子守恒、原子守恒進行解答，同時考查學生思維縝密性．