Question

15．将一些氧化铜粉末加入到100克14%的硫酸溶液中，全部溶解后再向该溶液液中加入铁粉16.8g，充分反应过滤．仍得到干燥的固体物质16.8克．
求（1）原加入的氧化铜的质量为多少克？
（2）最后得到的溶液的质量分数是多少？

Answer 1

分析 （1）根据氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜和水，硫酸铜和铁会生成硫酸亚铁和铜，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，然后依据反应前后固体质量不变进行分析；
（2）最后生成的溶质是FeSO₄，它是由两部分生成的．第一部分与CuSO₄反应得到的FeSO₄，第二部分是铁与剩余硫酸生成的FeSO₄，反应后溶液中总共含有FeSO4为两部分的质量和；根据质量守恒定律，反应后所得溶液总质量=100g稀硫酸+氧化铜的质量+铁的质量-析出的铜的质量（与铁的质量相等）-氢气质量，由于参加反应铁的质量与析出固体的质量相等，所以，反应后所得溶液的总质量=100g稀硫酸+氧化铜的质量-氢气质量．则最后得到溶液的质量分数为生成FeSO₄的总质量与反应后所得溶液总质量的比．

解答 解：（1）设与硫酸反应的铁的质量为x，与硫酸铜反应的铁的质量为y，固体增加质量为m
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑   固体减少
56                                    56
 x                                       x
Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu  固体质量增加
56              64                  8
y                                      m
$\frac{56}{y}=\frac{8}{m}$
m=$\frac{y}{7}$
所以x+y=16.8①
化学反应前后固体质量不变，所以 x=$\frac{y}{7}$
由①②可知，x=2.1g，y=16.8g-2.1g=14.7g
设氧化铜质量为z，
Fe--CuSO₄---CuO
56           80
14.7g        z
$\frac{56}{14.7g}=\frac{80}{z}$
z=21g
铁生成硫酸亚铁质量为m，生成氢气为a
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑  
56         152  2
2.1g        m   a
$\frac{56}{2.1g}=\frac{152}{m}=\frac{2}{a}$
m=5.7g
a=0.075g
$\frac{21g+5.7g}{100g-0.075g}$×100%=26.7%．
故答案为：（1）21g；
（2）26.7%．

点评 分析固体质量不变的原因是解决本题的关键：要使加入的铁粉和得到的固体质量相等必须使硫酸消耗多余的Fe，且消耗铁粉的质量与置换出铜固体增加的质量相等．