Question

18．已知氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺＞Fe²⁺．现有一包铁粉和铜粉混合粉末，某实验小组为了确定其组成，利用1.2mol•L^-1的FeCl₃溶液（其他用品略），与混合粉末反应，实验结果如下（假定反应前后溶液体积不变）：

组别	①	②	③	④
V[FeCl3（aq）]/mL	50	50	50	50
混合粉末质量/g	1.2	2.4	3.6	4.8
反应后剩余固体质量/g	0	0.64	1.92	3.12[

分析表中数据，下列结论不正确的是（　　）

• A． 第①组反应后溶液中剩余c（Fe³⁺）=0.4 mol•L^-1
• B． 第②、③组剩余固体全是铜
• C． 第④组的滤液中c（Fe²⁺）=2.0 mol•L^-1
• D． 原混合粉末中n（Fe）：n（Cu）=1：1

Answer 1

分析 铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先与铁反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应完全后Fe³⁺有剩余，再与铜反应Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，能剩余的固体可以是铜，可以是铁和铜，从第②组数据中可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，50mL FeCl₃溶液能溶解金属质量2.4g-0.64g=1.76g，大于第①组溶解的金属质量，故第①组金属完全反应、FeCl₃有剩余；
第②组实验中FeCl₃溶液全部参与反应，其物质的量为：0.05L×1.2mol/L=0.06mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应金属的物质的量为0.03mol，则溶解的Fe的质量为0.03mol×56g/mol=1.68g＜1.76g，所以同时也有一部分Cu溶解，则剩余的0.64g固体全部为Cu；
第③组实验中溶解金属为：3.6g-1.92g=1.68g，混合物中Fe恰好完全反应、Cu不反应，剩余1.92g为Cu，合金中Fe与Cu的质量之比为：1.68g：1.92g=56：64；故第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，
根据以上分析对各选项进行解答．

解答 解：还原性：Fe＞Cu，故Fe³⁺优先Fe反应（Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺），Fe完全反应后若Fe³⁺有剩余，则再与铜反应（Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺），所以剩余的固体可以是铜，可以是铁和铜的混合物；
根据第②组数据中可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，50mL FeCl₃溶液能溶解金属质量为：2.4g-0.64g=1.76g＞1.2g，大于第①组溶解的金属质量，故第①组金属完全反应，且FeCl₃有剩余；
第②组实验中FeCl₃溶液全部参与反应，FeCl₃物质的量为：0.05L×1.2mol/L=0.06mol，假设只发生反应Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应金属的物质的量为0.03mol，溶解的Fe的质量为：0.03mol×56g/mol=1.68gg＜1.76g，所以铁完全溶解的同时还有部分Cu溶解，则剩余的0.64g固体全部为Cu；
第③组实验中溶解金属为：3.6g-1.92g=1.68g，混合物中Fe恰好完全反应、Cu不反应，剩余1.92g为Cu，合金中Fe与Cu的质量之比为：1.68g：1.92g=7：8；
故第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，
A．根据分析可知，第①组反应中金属完全反应，1.2g合金中含有铁的物质的量为：$\frac{1.2g×\frac{7}{7+8}}{56g/mol}$=0.01mol，含有铜的物质的量为：$\frac{1.2g-56g/mol×0.01mol}{64g/mol}$=0.01mol，根据反应Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺可知，金属消耗铁离子的物质的量为：0.01mol×2+0.01mol×2=0.04mol，①反应后的溶液中铁离子浓度为：$\frac{1.2mol/L×0.05L-0.04mol}{0.05L}$=0.4mol/L，故A正确；
B．根据分析可知，第②、③组剩余的全部为铜，故B正确；
C．由上述分析可知，第④组实验剩余金属为Fe和Cu，参加反应金属为1.68g，其物质的量为0.03mol，由Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可知溶液中n（Fe²⁺）=0.09mol，故c（Fe²⁺）=$\frac{0.09mol}{0.05L}$=1.8mol/L，故C错误；
D．第③组实验中溶解金属为：3.6g-1.92g=1.68g，混合物中Fe恰好完全反应、Cu不反应，剩余1.92g为Cu，合金中Fe与Cu的质量之比为：1.68g：1.92g=7：8，则二者的物质的量之比为：$\frac{7}{56}$：$\frac{8}{64}$=1：1，故D错误；
故选C．

点评 本题考查了混合物的有关计算、铁及其化合物的性质应用，题目难度较大，关键是通过②判断剩余固体为铜，题目综合性较强，数据较复杂，侧重学生对实验数据的分析处理考查．