Question

16．向15gFe和Fe₂O₃混合物中，加入150mL稀H₂SO₄，在标准状况下放出1.68LH₂，这时Fe和Fe₂O₃均无剩余，再向溶液滴入KSCN溶液未见颜色变化．为中和过量的H₂SO₄，且使Fe²⁺完全转化成Fe（OH）₂，共消耗3mol/L的氢氧化钠溶液200mL．
求：（1）Fe和Fe₂O₃的质量．
（2）原稀H₂SO₄的物质的量浓度．

Answer 1

分析 （1）根据铁、氧化铁都能与盐酸反应以及反应后溶液中无Fe³⁺，所以铁也与硫酸铁反应，先根据H₂求出和硫酸生成1.68LH₂的铁，然后根据混合物发生的反应：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO4）₃+3H₂O  Fe₂（SO4）₃+Fe=3FeSO₄，可知n（Fe₂O₃）：n（Fe）=1：1，求出Fe₂O₃和Fe的质量，最终求出混合物中Fe和Fe₂O₃的质量；
（2）由题意我们应该可以理解反应后溶液中只有Fe ²⁺而无Fe³⁺，而且硫酸有剩余，也就说固体与酸反应后溶液中得到的是FeSO4和硫酸的混合液，接着在这混合溶液中滴加NaOH溶液，先中和了硫酸，又与 FeSO₄反应生成了Fe（OH）₂沉淀，最终溶液中剩余物质其实就是Na₂SO₄．这样我们用守恒法考虑，SO₄ ^2-来自原H₂SO₄，而Na⁺来自NaOH，这样得到H₂SO₄～2NaOH，最后根据c=$\frac{n}{V}$求出原硫酸的物质的量浓度．

解答 解：（1）因铁、氧化铁都能与硫酸反应：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑ Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，又因反应后溶液中无Fe³⁺，所以有反应为：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，
1.68L氢气的物质的量为：$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=0.075mol，根据反应Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑可知与硫酸生成1.68LH₂消耗的铁为0.075mol，其质量为：56g/mol×0.075mol=4.2g，剩余混合物质量为：15-4.2=10.8g，剩余的混合物发生如下反应：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO4）₃+3H₂O、Fe₂（SO4）₃+Fe=3FeSO₄可得关系式Fe₂O₃～Fe₂（SO4）₃～Fe，所以剩余混合物中Fe₂O₃和Fe的物质的量应该为1：1，设二者物质的量都为n，则160n+56n=10.8g，解得：n=0.05mol，则m（Fe₂O₃）=160g/mol×0.05mol=8g，m（Fe）=56g/mol×0.05mol=4.2，原混合物中铁的质量为：4.2g+2.8=7g，
答：原混合物中含有7gFe，4.2gFe₂O₃；
（2）因为反应后溶液中无Fe³⁺存在，且固体没有剩余，则全都是以Fe²⁺的形式存在，反应后溶质为硫酸亚铁，根据质量守恒定律可知：n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=3mol/L×0.2L×$\frac{1}{2}$=0.3mol，
所以原稀H₂SO₄的物质的量浓度为：$\frac{0.3mol}{0.15L}$=2mol/L，
答：原稀H₂SO₄的物质的量浓度为2mol/L．

点评 本题考查混合物反应的计算，题目难度中等，明确发生反应的实质为解答关键，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．