Question

6．在500mlCuSO₄和Fe（SO₄）₃的混合液中加入21.7铁粉，待反应完全后，得到16.8g残留固体．在滤液中加入400mL 4mol•L^-1的BaCl₂溶液，恰好使溶液中的SO₄^2-完全沉淀．求原混合液中CuSO₄和Fe（SO₄）₃的物质的量浓度．

Answer 1

分析 原溶液中n（SO₄^2-）=n（BaCl₂）=0.4L×4mol/L=1.6mol，
假设原溶液中只有CuSO₄，由Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺可知，则参加反应的n（Fe）=n（CuSO₄）=1.6mol，反应的铁粉质量为：1.6mol×56g/mol=89.6g，
假设原溶液中只有Fe₂（SO₄）₃，由Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄可知，则参加反应的n（Fe）=1.6mol×$\frac{1}{3}$，反应的铁粉质量为：1.6mol×$\frac{1}{3}$×56g/mol=22.9g，
所以21.7g铁粉会完全反应，没有剩余，最后得到16.8g残留固体为铜，
因氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺，则加入铁粉，先发生Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，Fe³⁺反应完毕后发生Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，根据方程式计算生成16.8gCu消耗Fe的质量，进而计算与Fe₂（SO₄）₃反应消耗Fe的质量，根据方程式计算n[Fe₂（SO₄）₃]，再根据硫酸根守恒计算n（CuSO₄），根据c=$\frac{n}{V}$计算它们的浓度．

解答 解：原溶液中n（SO₄^2-）=n（BaCl₂）=0.4L×4mol/L=1.6mol，
假设原溶液中只有CuSO₄，由Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺可知，则参加反应的n（Fe）=n（CuSO₄）=1.6mol，反应的铁粉质量为：1.6mol×56g/mol=89.6g，
假设原溶液中只有Fe₂（SO₄）₃，由Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄可知，则参加反应的n（Fe）=1.6mol×$\frac{1}{3}$，反应的铁粉质量为：1.6mol×$\frac{1}{3}$×56g/mol=22.9g，
所以21.7g铁粉会完全反应，没有剩余，最后得到16.8g残留固体为铜，
     Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu
    56             64
 m（Fe）          16.8g
m（Fe）=$\frac{16.8g×56}{64}$=14.7g
与Fe₂（SO₄）₃反应的铁粉质量为21.7g-14.7g=7g，
 Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄
56g    1mol
7g     n[Fe₂（SO₄）₃]
所以 n[Fe₂（SO₄）₃]=$\frac{7g×1mol}{56g}$=0.125mol，
故c故原溶液中c[Fe₂（SO₄）₃]=$\frac{0.125mol}{0.5L}$=0.25mol/L，
根据硫酸根守恒，则n（CuSO₄）=1.6mol-0.125mol×3=1.225mol，则c（CuSO₄）=$\frac{1.225mol}{0.5L}$=2.45mol/L，
答：原混合液中CuSO₄为2.45mol/L，Fe₂（SO₄）₃为0.25mol/L

点评 本题考查混合物计算，难度中等，判断残留固体的成分是关键，注意硫酸铜不一定完全反应．