Question

16．将10g CuO粉末加入到100g一定质量分数的稀硫酸中，微热至氧化铜全部溶解再向蓝色溶液中加入m g铁粉，充分反应后，过滤，将滤液烘干得到干燥固体物质m g．求：
（1）所加稀硫酸的溶质的质量分数；
（2）当m取何值时，才能满足加入的铁粉和得到的固体质量相等．

Answer 1

分析 （1）根据题意，铁粉充分反应后，过滤，烘干得到干燥固体物质仍是mg，由于铁粉置换硫酸铜后所得固体质量增加，可判断有部分铁粉与稀硫酸反应才能出现反应前后固体质量不变，因此所加稀硫酸一部分与氧化铜反应一部分与铁粉反应，计算出与铁粉反应硫酸的质量则需要先求得反应所耗铁粉的质量，利用金属粉末变化前后质量相等，由生成铜的质量分析计算与硫酸反应的铁粉质量；
（2）要使加入的铁粉和得到的固体质量相等，需满足铁粉既与硫酸铜反应又与硫酸反应，因此所加入铁粉质量需大于等于二者反应所需铁粉的质量．

解答 解：设与氧化铜反应的硫酸的质量为x，与铁反应的硫酸的质量为y，生成的硫酸铜为z，与硫酸铜反应的铁的质量为n，与酸反应的铁的质量为b，生成的铜的质量为h
（1）由题意：氧化铜全部溶解，则
CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O
80   98   160    
10g   x    z
  $\frac{80}{10g}=\frac{98}{x}$，$\frac{80}{10g}=\frac{160}{z}$
x=12.25g  z=20g
根据加入的铁粉与反应后所得固体质量相同，只有铁粉过量，一部分铁与稀硫酸反应，才能使铁粉与生成铜质量相同．当铁粉恰好和硫酸完全反应时，进行如下计算
Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄
56  160  64
n   20g  h
$\frac{56}{n}=\frac{160}{20g}$，$\frac{160}{20g}=\frac{64}{h}$
n=7g，h=8g
由于固体质量增加了1g，所以和硫酸反应的铁的质量就是1g，这样就可以使固体质量前后不反应变化，即b=1g．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂ ↑
56  98        
1g  y          
$\frac{56}{1g}=\frac{98}{y}$
y=1.75g
所加稀硫酸的溶质质量分数=$\frac{1.75g+12.25g}{100g}$×100%=14%；
（2）只有铁粉恰好与硫酸也完全反应时，一部分铁与稀硫酸反应，能使铁粉与生成铜质量相同．同时当铁和硫酸反应后有剩余时，同样会质量保持不变．根据最后生成铜的质量为8g，则加入铁粉质量m≥8g．
答：（1）所加稀硫酸的溶质质量分数是14%；
（2）当m≥8g时，一部份铁与稀硫酸反应，才能使铁粉与生成铜质量相同，才能满足加入的铁粉和得到的固体质量相等．

点评 根据题设意图，“充分反应”应理解成溶液中的硫酸铜、硫酸完全反应，即所加铁粉足量或过量，否则本题将陷入无解之境．