Question

18．已知氧化性Fe³⁺＞Cu²⁺＞Fe²⁺．現(xiàn)有一包鐵粉和銅粉混合粉末，某實(shí)驗(yàn)小組為了確定其組成，利用1.2mol•L^-1的FeCl₃溶液（其他用品略），與混合粉末反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下（假定反應(yīng)前后溶液體積不變）：

組別	①	②	③	④
V[FeCl3（aq）]/mL	50	50	50	50
混合粉末質(zhì)量/g	1.2	2.4	3.6	4.8
反應(yīng)后剩余固體質(zhì)量/g	0	0.64	1.92	3.12[

分析表中數(shù)據(jù)，下列結(jié)論不正確的是（　�。�

• A． 第①組反應(yīng)后溶液中剩余c（Fe³⁺）=0.4 mol•L^-1
• B． 第②、③組剩余固體全是銅
• C． 第④組的濾液中c（Fe²⁺）=2.0 mol•L^-1
• D． 原混合粉末中n（Fe）：n（Cu）=1：1

Answer 1

分析 鐵的還原性強(qiáng)于銅，所以Fe³⁺先與鐵反應(yīng)：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應(yīng)完全后Fe³⁺有剩余，再與銅反應(yīng)Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，能剩余的固體可以是銅，可以是鐵和銅，從第②組數(shù)據(jù)中可以得出FeCl₃溶液全部參與反應(yīng)，50mL FeCl₃溶液能溶解金屬質(zhì)量2.4g-0.64g=1.76g，大于第①組溶解的金屬質(zhì)量，故第①組金屬完全反應(yīng)、FeCl₃有剩余；
第②組實(shí)驗(yàn)中FeCl₃溶液全部參與反應(yīng)，其物質(zhì)的量為：0.05L×1.2mol/L=0.06mol，假設(shè)只發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，參加反應(yīng)金屬的物質(zhì)的量為0.03mol，則溶解的Fe的質(zhì)量為0.03mol×56g/mol=1.68g＜1.76g，所以同時(shí)也有一部分Cu溶解，則剩余的0.64g固體全部為Cu；
第③組實(shí)驗(yàn)中溶解金屬為：3.6g-1.92g=1.68g，混合物中Fe恰好完全反應(yīng)、Cu不反應(yīng)，剩余1.92g為Cu，合金中Fe與Cu的質(zhì)量之比為：1.68g：1.92g=56：64；故第④組實(shí)驗(yàn)中，剩余固體為Fe、Cu，
根據(jù)以上分析對(duì)各選項(xiàng)進(jìn)行解答．

解答 解：還原性：Fe＞Cu，故Fe³⁺優(yōu)先Fe反應(yīng)（Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺），F(xiàn)e完全反應(yīng)后若Fe³⁺有剩余，則再與銅反應(yīng)（Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺），所以剩余的固體可以是銅，可以是鐵和銅的混合物；
根據(jù)第②組數(shù)據(jù)中可以得出FeCl₃溶液全部參與反應(yīng)，50mL FeCl₃溶液能溶解金屬質(zhì)量為：2.4g-0.64g=1.76g＞1.2g，大于第①組溶解的金屬質(zhì)量，故第①組金屬完全反應(yīng)，且FeCl₃有剩余；
第②組實(shí)驗(yàn)中FeCl₃溶液全部參與反應(yīng)，F(xiàn)eCl₃物質(zhì)的量為：0.05L×1.2mol/L=0.06mol，假設(shè)只發(fā)生反應(yīng)Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，參加反應(yīng)金屬的物質(zhì)的量為0.03mol，溶解的Fe的質(zhì)量為：0.03mol×56g/mol=1.68gg＜1.76g，所以鐵完全溶解的同時(shí)還有部分Cu溶解，則剩余的0.64g固體全部為Cu；
第③組實(shí)驗(yàn)中溶解金屬為：3.6g-1.92g=1.68g，混合物中Fe恰好完全反應(yīng)、Cu不反應(yīng)，剩余1.92g為Cu，合金中Fe與Cu的質(zhì)量之比為：1.68g：1.92g=7：8；
故第④組實(shí)驗(yàn)中，剩余固體為Fe、Cu，
A．根據(jù)分析可知，第①組反應(yīng)中金屬完全反應(yīng)，1.2g合金中含有鐵的物質(zhì)的量為：$\frac{1.2g×\frac{7}{7+8}}{56g/mol}$=0.01mol，含有銅的物質(zhì)的量為：$\frac{1.2g-56g/mol×0.01mol}{64g/mol}$=0.01mol，根據(jù)反應(yīng)Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺可知，金屬消耗鐵離子的物質(zhì)的量為：0.01mol×2+0.01mol×2=0.04mol，①反應(yīng)后的溶液中鐵離子濃度為：$\frac{1.2mol/L×0.05L-0.04mol}{0.05L}$=0.4mol/L，故A正確；
B．根據(jù)分析可知，第②、③組剩余的全部為銅，故B正確；
C．由上述分析可知，第④組實(shí)驗(yàn)剩余金屬為Fe和Cu，參加反應(yīng)金屬為1.68g，其物質(zhì)的量為0.03mol，由Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可知溶液中n（Fe²⁺）=0.09mol，故c（Fe²⁺）=$\frac{0.09mol}{0.05L}$=1.8mol/L，故C錯(cuò)誤；
D．第③組實(shí)驗(yàn)中溶解金屬為：3.6g-1.92g=1.68g，混合物中Fe恰好完全反應(yīng)、Cu不反應(yīng)，剩余1.92g為Cu，合金中Fe與Cu的質(zhì)量之比為：1.68g：1.92g=7：8，則二者的物質(zhì)的量之比為：$\frac{7}{56}$：$\frac{8}{64}$=1：1，故D錯(cuò)誤；
故選C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了混合物的有關(guān)計(jì)算、鐵及其化合物的性質(zhì)應(yīng)用，題目難度較大，關(guān)鍵是通過(guò)②判斷剩余固體為銅，題目綜合性較強(qiáng)，數(shù)據(jù)較復(fù)雜，側(cè)重學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理考查．