Question

14．向铜片中加入115mL某浓度的硫酸，在加热条件下反应，待铜片全部溶解后，将其溶液稀释到500mL，再加入足量锌粉，使之充分反应，收集到2.24L（标准状况）气体．过滤得残留固体，干燥后，质量减轻了7.5g．求原硫酸的物质的量浓度．

Answer 1

分析 Cu与硫酸发生反应：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+H₂O，反应后的溶液加水稀释，再加入Zn，发生反应：CuSO₄+Zn=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，这两个反应都使得固体质量减轻，生成的气体为氢气，最终得到ZnSO₄，根据硫元素守恒：n_原（H₂SO₄）=n（ZnSO₄）+n（SO₂），根据氢气体积计算与硫酸反应的Zn的物质的量、生成ZnSO₄的物质的量，进而计算Zn与硫酸铜反应时固体减轻的质量，再利用差量法计算硫酸铜及生成ZnSO₄的物质的量，根据方程式计算n（SO₂），进而计算原硫酸溶液的物质的量浓度．

解答 解：n（H₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
Zn+H₂SO₄ =ZnSO₄+H₂↑
0.1mol 0.1mol    0.1mol
故反应CuSO₄+Zn=ZnSO₄+Cu，固体质量减少为7.5g-0.1mol×65g/mol=1g，
CuSO₄+Zn=ZnSO₄+Cu            固体质量减少△m
     1mol      1mol          65g-64g=1g
      x        y              1g
故x=y=$\frac{1mol×1g}{1g}$=1mol，
由Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+H₂O，可知n（SO₂）=n（CuSO₄）=1mol，
根据硫元素守恒：n_原（H₂SO₄）=n（ZnSO₄）+n（SO₂）=1mol+0.1mol+1mol=2.1mol，
原 H₂SO₄的物质的量浓度 c（H₂SO₄）=$\frac{2.1mol}{0.115L}$=18.3mol/L，
答：原硫酸的物质的量浓度为18.3mol/L．

点评 本题考查化学方程式计算、混合物计算，关键是明确发生的反应、理解Zn反应时固体质量减轻，题目难度中等．