Question

某工厂用FeCl₃溶液腐蚀镀有铜的绝缘板生产印刷电路．某实验小组的同学对该厂生产印刷电路后所得的废液进行了分析：取50mL废液，向其中加入足量的稀硝酸，生成0.02mol NO；另取50mL废液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，析出沉淀43.05g．
请回答下列问题：
（1）该厂原来使用的FeCl₃溶液中溶质的物质的量浓度为（反应前后溶液的体积变化忽略不计）．
（2）原废液中各金属阳离子的物质的量浓度之比为．
（3）另取50mL废液，加入一定量铁屑，充分反应后有铜析出，则所得溶液中Fe²⁺的物质的量范围为．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,硝酸的化学性质,铁盐和亚铁盐的相互转变

专题：计算题

分析：（1）废液加入足量的AgNO₃溶液，生成沉淀43.05g为AgCl质量，根据氯元素守恒计算溶液中n（FeCl₃），根据c=

n

V

计算原废液中c（FeCl₃）；
（2）废液中加入硝酸发生反应：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，根据NO计算废液中n（Fe²⁺），再根据2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，计算溶液中n（Cu²⁺）、参加反应Fe³⁺物质的量，进而计算废液中n（Fe³⁺），离子浓度之比等于物质的量之比；
（3）刚开始析出Cu时溶液中Fe²⁺的物质的量最小，Fe³⁺完全反应，发生反应：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，Cu恰好完全析出时，溶液中Fe²⁺的物质的量最大，发生反应Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu，由（2）中数据结合方程式计算．

解答： 解：（1）废液加入足量的AgNO₃溶液，生成沉淀43.05g为AgCl质量，其物质的量=

43.05g

143.5g/mol

=0.3mol，根据氯元素守恒，原溶液中n（FeCl₃）=

1

3

n（AgCl）=

1

3

×0.3mol=0.1mol，故原废液中c（FeCl₃）=

0.1mol

0.05L

=2mol/L，
答：FeCl₃溶液中溶质的物质的量浓度为2mol/L．
（2）由3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，可知废液中n（Fe²⁺）=3n（NO）=0.02mol×3=0.06mol，根据2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，可知溶液n（Cu²⁺）=

1

2

n（Fe²⁺）=

1

2

×0.06mol=0.03mol、参加反应Fe³⁺物质的量=n（Fe²⁺）=0.06mol，故废液中n（Fe³⁺）=0.1mol-0.06mol=0.04mol，离子浓度之比等于物质的量之比，故c（Fe³⁺）：c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=0.04mol：0.06mol：0.03mol=4：6：3，
答：废液中各阳离子浓度之比为c（Fe³⁺）：c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=4：6：3．
（3）刚开始析出Cu时溶液中Fe²⁺的物质的量最小，Fe³⁺完全反应，则：
   2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺
0.04mol    0.06mol
故Fe²⁺的物质的量极小值为0.06mol+0.06mol=0.12mol，由于析出Cu，故Fe²⁺的物质的量最小大于0.12mol，
Cu恰好完全析出时，溶液中Fe²⁺的物质的量最大，则：
  Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu
0.03mol    0.03mol
故溶液中Fe²⁺的物质的量最大为0.12mol+0.03mol=0.15mol，
故溶液中0.12mol＜n（Fe²⁺）≤0.15mol，
答：溶液中0.12mol＜n（Fe²⁺）≤0.15mol．

点评：本题考查混合物计算、化学方程式计算，题目难度中等，明确发生的反应是关键，（3）中注意根据离子氧化性强弱确定极值点，有利于培养学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．