Question

某赤鐵礦石經檢測含有雜質CuO、ZnO�；瘜W研究性學習小組的同學取試樣a g，在加熱條件下用足量的CO將其充分還原后得金屬混合物24.1 g，生成的CO₂用過量的澄清石灰水吸收，得到50.0 g沉淀。

試回答下列問題：

（1）a=______________g；

（2）另取a g上述礦石試樣溶于400 mL 2.50 mol·L^-1 H₂SO₄溶液，充分反應后，試計算所得溶液中c(H⁺)（忽略溶液的體積變化）。

（3）將（2）所得溶液以惰性電極電解，當電路中通過0.4 mol電子時，停止電解。試通過計算和推理判斷電解過程中陰極上是否一定有金屬析出。

Answer 1

（1）32.1

（2）不難知道，a g Fe₂O₃、CuO、ZnO中n(O)=0.50 mol;400.0 mL 2.5 mol·L^-1的H₂SO₄溶液中n(H⁺)=0.4 L×2.5 mol·L^-1×2=2.0 mol。與a g混合物充分反應后消耗n(H⁺)=1.0 mol(生成H₂O 0.5 mol)，所剩n(H⁺)=1.0 mol。于是：

c(H⁺)==2.5 mol·L^-1

（3）電解過程中，若陰極有金屬析出，必先為Cu。

而依題給，陰極上放電順序為Fe³⁺、Cu²⁺。即：

Fe³⁺+e^-====Fe²⁺,Cu²⁺+2e^-====Cu

若令a g混合物中Fe₂O₃、CuO、ZnO的物質的量分別為x、y、z。則我們有：?

整理得：y=8.4-83x

y＞0,即x＜0.101 mol。

即溶液中n(Fe³⁺)＜0.202 mol。

今電路中有0.4 mol電子通過，Cu²⁺必放電。故陰極上一定有金屬析出。

解析：由CaCO₃ 50 g即0.5 mol，可推知反應的CO為0.5 mol，即混合物失去的氧原子也為0.5 mol，0.5 mol氧原子質量為8 g，所以a=24.1 g+8 g=32.1 g,

n(H₂SO₄)=2.5 mol·L^-1×0.4 L=1 mol,

n(H⁺)=2 mol，由于混合物中n(O)=0.5 mol，故與H₂SO₄反應時消耗H⁺，n(H⁺)=1 mol,剩余n(H⁺)=1 mol,c(H⁺)==2.5 mol·L^-1,在以惰性電極電解，線路通過0.4 mol電子時，先放電的應是Fe³⁺，然后才是Cu²⁺。因Fe³⁺+e^-Fe²⁺,Cu²⁺+2e^-Cu，故必須確定n(Fe³⁺)后才能確定是否有Cu析出。

令a g混合物中Fe₂O₃、CuO、ZnO的物質的量分別為x、y、z,則有：?

得y=8.4-83x，由于y＞0，則x＜0.101 mol，即溶液中的n(Fe³⁺)＜0.202 mol，在通入0.4 mol電子后，Fe³⁺完全放電所需電子n(e^-)＜0.202 mol，故Cu²⁺必放電，所以陰極上一定會有金屬(Cu)析出。