Question

9．现有一包铁粉和铜粉混合均匀的粉末样品，为确定其组成，某兴趣小组同学将不同质量的该样品分别与40mL 1mol/L的FeCl₃溶液反应，实验结果如下表所示（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①反应后溶液中含有的金属阳离子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．
（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；
设出②中Fe、Cu的物质的量，根据②中剩余全部为Cu列式计算出Fe、Cu的物质的量，然后计算出二者质量之比．

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，
（1）依据分析可知，实验一反应后溶液中含有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺；
（2）实验②中剩余的0.64g全部为Cu，则溶解的Fe、Cu的总质量为：1.80g-0.64g=1.16g，
设溶解的Fe、Cu的物质的量分别为x+y，则$\left\{\begin{array}{l}{56x+64y=1.16}\\{2x+2y=0.04}\end{array}\right.$，解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.015mol}\\{y=0.005mol}\end{array}\right.$，
则1.8g该混合物中含有Fe的质量为：56g/mol×0.015mol=0.84g，含有Cu的在为：1.8g-0.84g=0.96g，
则混合物中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，他们的浓重的，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，同时考查学生思维缜密性．