Question

6．在500mlCuSO₄和Fe（SO₄）₃的混合液中加入21.7鐵粉，待反應完全后，得到16.8g殘留固體．在濾液中加入400mL 4mol•L^-1的BaCl₂溶液，恰好使溶液中的SO₄^2-完全沉淀．求原混合液中CuSO₄和Fe（SO₄）₃的物質的量濃度．

Answer 1

分析 原溶液中n（SO₄^2-）=n（BaCl₂）=0.4L×4mol/L=1.6mol，
假設原溶液中只有CuSO₄，由Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺可知，則參加反應的n（Fe）=n（CuSO₄）=1.6mol，反應的鐵粉質量為：1.6mol×56g/mol=89.6g，
假設原溶液中只有Fe₂（SO₄）₃，由Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄可知，則參加反應的n（Fe）=1.6mol×$\frac{1}{3}$，反應的鐵粉質量為：1.6mol×$\frac{1}{3}$×56g/mol=22.9g，
所以21.7g鐵粉會完全反應，沒有剩余，最后得到16.8g殘留固體為銅，
因氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺，則加入鐵粉，先發生Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，Fe³⁺反應完畢后發生Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，根據方程式計算生成16.8gCu消耗Fe的質量，進而計算與Fe₂（SO₄）₃反應消耗Fe的質量，根據方程式計算n[Fe₂（SO₄）₃]，再根據硫酸根守恒計算n（CuSO₄），根據c=$\frac{n}{V}$計算它們的濃度．

解答 解：原溶液中n（SO₄^2-）=n（BaCl₂）=0.4L×4mol/L=1.6mol，
假設原溶液中只有CuSO₄，由Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺可知，則參加反應的n（Fe）=n（CuSO₄）=1.6mol，反應的鐵粉質量為：1.6mol×56g/mol=89.6g，
假設原溶液中只有Fe₂（SO₄）₃，由Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄可知，則參加反應的n（Fe）=1.6mol×$\frac{1}{3}$，反應的鐵粉質量為：1.6mol×$\frac{1}{3}$×56g/mol=22.9g，
所以21.7g鐵粉會完全反應，沒有剩余，最后得到16.8g殘留固體為銅，
     Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu
    56             64
 m（Fe）          16.8g
m（Fe）=$\frac{16.8g×56}{64}$=14.7g
與Fe₂（SO₄）₃反應的鐵粉質量為21.7g-14.7g=7g，
 Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄
56g    1mol
7g     n[Fe₂（SO₄）₃]
所以 n[Fe₂（SO₄）₃]=$\frac{7g×1mol}{56g}$=0.125mol，
故c故原溶液中c[Fe₂（SO₄）₃]=$\frac{0.125mol}{0.5L}$=0.25mol/L，
根據硫酸根守恒，則n（CuSO₄）=1.6mol-0.125mol×3=1.225mol，則c（CuSO₄）=$\frac{1.225mol}{0.5L}$=2.45mol/L，
答：原混合液中CuSO₄為2.45mol/L，Fe₂（SO₄）₃為0.25mol/L

點評 本題考查混合物計算，難度中等，判斷殘留固體的成分是關鍵，注意硫酸銅不一定完全反應．