Question

0.6mol?L^-1Fe₂（SO₄）₃和1.2mol?L^-1CuSO₄的混合溶液200mL，加入一定量铁粉充分反应后，测得溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为2：1，则加入铁粉的物质的量是多少摩尔？

Answer 1

【答案】分析：溶液中铁离子和铜离子的物质的量分别都是0.24mol．由于铜离子的氧化性弱于铁离子的，所以首先是铁离子氧化单质铁，方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，如果铁离子完全反应，Cu²⁺不反应，则生成亚铁离子是0.36mol，此时溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为3：2，实际溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为2：1，这说明溶液中铁单质也和铜离子反应Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，溶液中溶质为硫酸亚铁与硫酸铜，根据电荷守恒n（Fe²⁺）+n（Cu²⁺）=n（SO₄^2-），根据n=cV计算n（SO₄^2-），据此计算反应后溶液中n（Fe²⁺），根据铁元素守恒，n（Fe）=n（Fe²⁺）-n（Fe³⁺），据此解答．
解答：解：溶液中铁离子物质的量为0.2L×0.6mol/L×2=0.24mol，铜离子的物质的量是0.2L×1.2mol/L=0.24mol，
由于铜离子的氧化性弱于铁离子的，所以首先是铁离子氧化单质铁，方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，如果铁离子完全反应，Cu²⁺不反应，由方程式可知，则生成亚铁离子是0.24mol×=0.36mol，此时溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为0.36mol：0.24mol=3：2，实际溶液中Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为2：1，这说明溶液中铁单质也和铜离子反应Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，此时溶液中溶质为硫酸亚铁与硫酸铜，根据电荷守恒n（Fe²⁺）+n（Cu²⁺）=n（SO₄^2-），溶液中n（SO₄^2-）=0.2L×0.6mol/L×3+0.2L×1.2mol/L=0.6mol，Fe²⁺与Cu²⁺物质的量之比为2：1，故n（Fe²⁺）+n（Fe²⁺）=n（SO₄^2-）=0.6mol，所以n（Fe²⁺）=0.4mol，根据铁元素守恒，加入铁粉的物质的量n（Fe）=n（Fe²⁺）-n（Fe³⁺）=0.4mol-0.24ml=0.16mol，
答：加入铁粉的物质的量为0.16mol．
点评：本题考查混合物的有关计算，难度中等，判断铁与铁离子发生反应是关键，注意利用元素守恒与电荷守恒进行的计算，较常规方法简单．