Question

将6g纯铁粉加入200mLFe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中充分反应后得到200mL0.5mol/L的FeSO₄溶液和5.2g固体，求：

（1）反应后生成铜多少克？

（2）加入铁粉前Fe₂(SO₄)₃物质的量浓度。

Answer 1

发生反应的化学方程式为：

①Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄        ②Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

两个反应共生成FeSO₄为：0.2L×0.5mol/L=0.1mol

观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO₄，②式消耗的铁更多。假设0.1molFeSO₄全部为②式产生，则此时消耗的铁将达最大量为a。

                 

 Fe    ～     FeSO₄

                  1mol          1mol

                   a           0.1mol

a=0.1mol，即铁为5.6g，则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe，设原溶液的Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的物质的量分别为x和y。

Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄             Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

X    x       3x               y    y   y    y

由题意得  3x+y=0.1mol

         6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g

解得：x=0.02mol             y=0.04mol

则生成铜：0.04mol×64g/mol=2.56g

原Fe₂(SO₄)₃和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L

解析:

在Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中投入铁粉后，Fe³⁺和Cu²⁺均可与铁发生反应，但由于氧化性Fe³⁺>Cu²⁺，所以Fe应首先还原Fe³⁺，即首先发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，但不可以只发生此反应，原因有二：第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余，则不可能有5.2g不溶物；第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO₄为（6g÷56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通过以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe³⁺还原后，不发生了还原Cu²⁺的反应，此时的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固体中肯定有Cu，是否含Fe呢？这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。