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在500 mL CuSO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中加入21.7 g铁粉,待完全反应,得到16.8 g残留固体。在滤液中加入400 mL 4 mol·L-1的BaCl2溶液,恰好使溶液中完全沉淀,求原混合液中CuSO4和Fe2(SO4)3的物质的量浓度。

解析:本题考查了分析讨论及计算推理的能力。解本题的关键是先弄清16.8 g残留固体是什么物质。存在两种情况:一种全部是铜;另一种是铜和剩余的铁的混合物。

由题意n()=n(Ba2+)=4 mol·L-1×0.4 L=1.6 mol

    若原溶液中溶质全部是CuSO4: Fe+CuSO4====FeSO4+Cu,反应的Fe为1.6 mol×56 g· mol-1=89.6 g。

    若原溶液中溶质全部是Fe2(SO4)3:Fe+Fe2(SO4)3====3FeSO4,反应的Fe为1.6/3 mol×56 g· mol-1=29.9 g。

    因而若要使CuSO4、Fe2(SO4)3全部反应所需Fe的质量应在29.9 g—89.6 g之间,现加入的铁粉质量为21.7 g,所以铁粉的量不足,故16.8 g固体应全部是Cu。

    因为氧化性Fe3+>Cu2+,故Fe先与Fe2(SO4)3反应,设Fe2(SO4)3物质的量为x,CuSO4物质的量为y。

Fe+Fe2(SO4)3====3FeSO4

 x         x

    Fe+CuSO4====Cu+FeSO4

 mol             mol

依题意得:

解得

答案:c(CuSO4)=2.45 mol·L-1

    c〔Fe2(SO4)3〕=0.25 mol·L-1


练习册系列答案
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实验室用铜制取硫酸铜,将适量硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中,加热使之反应完全,通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体。

(1)为了节约原料,硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为:    ;为了吸收该反应中产生的尾气,请选择下列中合适的装置       

(2)为符合绿色化学的要求,某研究性学习小组进行如下设计:

第一组:以空气为氧化剂法

方案1:以空气为氧化剂。将铜粉在仪器B中反复灼烧,使铜与空气充分反应生成氧化铜,再将氧化铜与稀硫酸反应。

方案2:将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中,发现在常温下几乎不反应。向反应液中加少量FeSO4,即发生反应,生成硫酸铜。反应完全后,加物质甲调节pH ,铁元素全部沉淀(一般认为铁离子的浓度下降到10-5 mol·L-1,就认为沉淀完全),然后过滤、浓缩、结晶。

已知:Ksp[Cu((OH)2]≈10-22, Ksp[Fe((OH)2]≈10-16,  Ksp[Fe((OH)3]≈10-38

请回答下列问题:

如开始加入的铜粉为3.2 g,最后所得溶液为500 mL,溶液中含有铁元素0.005 mol。

①方案1中的B仪器名称是       

②为了使铁元素全部沉淀,应调节pH至少为_________。

③方案2中甲物质可选用的是             

A、 CaO    B、NaOH   C、CuCO3   D、Cu2(OH)2CO3  E、Fe2(SO4)3 

④反应中加入少量FeSO4可加速铜的氧化,用离子方程式解释其原因        

第二组:过氧化氢为氧化剂法

将3.2g铜丝放到45 mL 1.5mol·L-1的稀硫酸中,控温在50℃。加入18mL 10%的H2O2,反应0.5h,升温到60℃,持续反应1 h后,过滤、蒸发浓缩、减压抽滤等,用少量95%的酒精淋洗后晾干,得CuSO4·5H2O10.5g。

请回答下列问题:

⑤反应时温度控制在50℃~60℃不宜过高的原因是         

⑥本实验CuSO4·5H2O的产率为         

 

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