Question

將6g純鐵粉加入200mLFe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中充分反應(yīng)后得到200mL0.5mol/L的FeSO₄溶液和5.2g固體，求：

（1）反應(yīng)后生成銅多少克？

（2）加入鐵粉前Fe₂(SO₄)₃物質(zhì)的量濃度。

Answer 1

發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

①Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄        ②Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

兩個(gè)反應(yīng)共生成FeSO₄為：0.2L×0.5mol/L=0.1mol

觀察兩個(gè)反應(yīng)不難發(fā)現(xiàn)，若生成同樣的FeSO₄，②式消耗的鐵更多。假設(shè)0.1molFeSO₄全部為②式產(chǎn)生，則此時(shí)消耗的鐵將達(dá)最大量為a。

                 

 Fe    ～     FeSO₄

                  1mol          1mol

                   a           0.1mol

a=0.1mol，即鐵為5.6g，則5.2g固體中含Cu也含剩余的Fe，設(shè)原溶液的Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的物質(zhì)的量分別為x和y。

Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄             Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

X    x       3x               y    y   y    y

由題意得  3x+y=0.1mol

         6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g

解得：x=0.02mol             y=0.04mol

則生成銅：0.04mol×64g/mol=2.56g

原Fe₂(SO₄)₃和物質(zhì)的量濃度為0.02mol/0.2L=0.1mol/L

解析:

在Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中投入鐵粉后，F(xiàn)e³⁺和Cu²⁺均可與鐵發(fā)生反應(yīng)，但由于氧化性Fe³⁺>Cu²⁺，所以Fe應(yīng)首先還原Fe³⁺，即首先發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，但不可以只發(fā)生此反應(yīng)，原因有二：第一是若只發(fā)生此反應(yīng)則說明鐵粉較少，已完全反應(yīng)無剩余，則不可能有5.2g不溶物；第二，若只發(fā)生此反應(yīng)可依此反應(yīng)計(jì)算出生成的FeSO₄為（6g÷56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通過以上分析，可以看出，F(xiàn)e在把全部的Fe³⁺還原后，不發(fā)生了還原Cu²⁺的反應(yīng)，此時(shí)的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固體中肯定有Cu，是否含F(xiàn)e呢？這就是此題的關(guān)鍵所在，需通過計(jì)算推導(dǎo)確定。