Question

15．有一包铁粉和铜粉混合均匀的粉末样品，为确定其组成，某同学将不同质量的该样品分别与40mL1mol/L的FeCl₃溶液反应，实验结果如表所示（忽略反应前后溶液体积的微小变化）．

实验序号	①	②	③	④
M（粉末样品）/g	0.90	1.80	3.60	7.20
M（反应后剩余固体）/g	0	0.64	2.48	6.08

（1）实验四的滤液中c（Fe²⁺）=1.5 mol/L．
（2）原粉末样品中m（Fe）：m（Cu）=7：8．

Answer 1

分析 铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固体是铜或铁和铜，
从第②组数据，可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金属质量1.80g-0.64g=1.16g，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=0.04L×1mol/L=0.04mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应Fe的物质的量为0.02mol，则溶解的Fe的质量为0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同时也有一部分Cu溶解，所以剩余的固体全部为Cu；
第③组实验中溶解金属为3.60g-2.48g=1.12g，混合物中Fe恰好完全反应、Cu不反应，剩余2.48g为Cu或铜与铁的混合物，根据铁离子的物质的量可计算得混合物中m（Fe）：m（Cu）=0.84g：0.96g=7：8；
故第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂，据此进行解答．

解答 解：铁的还原性强于铜，所以Fe³⁺先和铁发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应后Fe³⁺有剩余，再与铜发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以剩余的固体是铜或铁和铜，
从第②组数据，可以得出FeCl₃溶液全部参与反应，40mL 1mol•L^-1FeCl₃溶液能溶解金属质量1.80g-0.64g=1.16g，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=0.04L×1mol/L=0.04mol，假设只发生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，参加反应Fe的物质的量为0.02mol，则溶解的Fe的质量为0.02mol×56g/mol=1.12g＜1.16g，所以同时也有一部分Cu溶解，所以剩余的固体全部为Cu；
第③组实验中溶解金属为3.60g-2.48g=1.12g，混合物中Fe恰好完全反应、Cu不反应，剩余2.48g为Cu或铜与铁的混合物，根据铁离子的物质的量可计算得混合物中m（Fe）：m（Cu）=0.84g：0.96g=7：8；
故第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂；
（1）第④组实验中，剩余固体为Fe、Cu，溶液中溶质为FeCl₂，则溶液中存在c（Fe²⁺）=$\frac{1}{2}$c（Cl^-）=$\frac{3}{2}$c（FeCl₃）=$\frac{3}{2}$×1mol/L=1.5 mol/L，
故答案为：1.5；
（2）第③组实验中溶解金属为：3.60g-2.48g=1.12g，混合物中Fe恰好完全反应、Cu不反应，剩余2.48g为Cu或铜与铁的混合物，根据铁离子的物质的量可计算得混合物中m（Fe）：m（Cu）=0.84g：0.96g=7：8，
故答案为：7：8．

点评 本题考查混合物的计算，题目难度中等，明确物质反应先后顺序及各组剩余固体成分是解本题关键，再结合转移电子守恒、原子守恒进行解答，试题培养了学生的化学计算能力．