Question

5．Ⅰ．向FeCl₃溶液中加入鐵粉和銅粉混合粉末，充分反應后，分析溶液中的溶質和可能殘留固體不溶物的成分．
（1）請完成下列表格

序號	溶液中的鹽	固體不溶物的成分
①	FeCl2、CuCl2、FeCl3
②		無
③	FeCl2、CuCl2
④		Cu
⑤		Fe、Cu

Ⅱ．今有一包鐵粉和銅粉混合粉末，為確定其組成，現(xiàn)提供4mol/L的FeCl₃溶液（其他用品略），某課外活動小組同學的實驗結果如下（假定反應前后溶液體積不變）．

組別	①	②	③	④
混合粉末質量/g	40	40	40	40
FeCl3溶液體積/mL	150	300	330	350
反應后剩余固體質量/g	23.2	6.4	2.56	x

（2）試判斷第④組剩余固體質量x為0．第②組實驗中，發(fā)生反應的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（3）通過計算判斷第②組剩余固體的成分．
（4）求原混合粉末中Fe、Cu的物質的量之比．

Answer 1

分析 Ⅰ、根據(jù)在金屬活動性順序中，鐵在銅的前面，鐵能與銅鹽溶液發(fā)生置換反應，向裝有氯化鐵溶液的燒杯中，加入一定量的Cu和Fe的混合粉末，則鐵優(yōu)先與氯化鐵發(fā)生反應生成氯化亞鐵，然后銅與氯化鐵反應生成氯化銅和氯化亞鐵進行解答；
Ⅱ、（2）第④組實驗，可以看作再第②組實驗的基礎上再加入50mL FeCl₃溶液，發(fā)生Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，根據(jù)方程式計算50mL溶液可以溶解Cu的質量，進而計算x的值；
（3）鐵的還原性強于銅，所以Fe³⁺先和鐵反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應完全后Fe³⁺有剩余，再與銅發(fā)生反應：Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，能剩余的固體可以是銅，可以是鐵和銅，
第②組實驗中，有固體剩余，故FeCl₃溶液全部參與反應，若只發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可以溶解Fe的質量為0.3L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×56g/mol=33.6g，300mL FeCl₃溶液能溶解金屬質量40g-6.4g=33.6g，
第③組實驗，可以看作再第②組實驗的基礎上再加入30mL FeCl₃溶液，實際溶解金屬質量=6.4g-2.56g=3.84g，若只發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，30mL溶液可以溶解Fe的質量為0.03L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×56g/mol=3.36g，若只發(fā)生Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，30mL溶液可以溶解Cu的質量為0.03L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×64g/mol=3.84g，可推斷第②組實驗中Fe恰好反應完全，剩余固體為Cu；
（4）根據(jù)（3）中分析可知Cu為6.4g，進而計算Fe的質量，再根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算Fe、Cu的物質的量，進而計算二者物質的量之比．

解答 解：Ⅰ、（1）在金屬活動性順序中，鐵在銅的前面，鐵能與銅鹽溶液發(fā)生置換反應，向裝有氯化鐵溶液的燒杯中，加入一定量的Cu和Fe的混合粉末，則鐵優(yōu)先與氯化鐵發(fā)生反應生成氯化亞鐵，然后銅與氯化鐵反應生成氯化銅和氯化亞鐵，故濾液中一定含有氯化亞鐵，若氯化鐵與鐵是恰好完全反應，則銅不參加反應，濾液中不含有氯化銅，故氯化銅可能存在，充分反應后發(fā)現(xiàn)燒杯底部仍有少量固體，則固體中一定含有銅，若鐵量多，可能含有鐵，有銅存在，則濾液中一定不含有氯化鐵；
故答案為：

序號	溶液中的鹽	固體不溶物的成分
①		無
②	FeCl2、CuCl2
③		Cu
④	FeCl2
⑤	FeCl2

Ⅱ：（2）第④組實驗，可以看作再第②組實驗的基礎上再加入50mL FeCl₃溶液，發(fā)生Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，50mL溶液可以溶解Cu的質量=0.05L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×64g/mol=6.4g，故x=6.4g-6.4g=0，第②組實驗中，發(fā)生反應的離子方程式為 2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：0； 2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）鐵的還原性強于銅，所以Fe³⁺先和鐵反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反應完全后Fe³⁺有剩余，再與銅發(fā)生反應：Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，能剩余的固體可以是銅，可以是鐵和銅，
第②組實驗中，有固體剩余，故FeCl₃溶液全部參與反應，若只發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可以溶解Fe的質量為0.3L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×56g/mol=33.6g，300mL FeCl₃溶液能溶解金屬質量40g-6.4g=33.6g，
第③組實驗，可以看作再第②組實驗的基礎上再加入30mL FeCl₃溶液，實際溶解金屬質量=6.4g-2.56g=3.84g，若只發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，30mL溶液可以溶解Fe的質量為0.03L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×56g/mol=3.36g，若只發(fā)生Cu+2Fe³⁺=Fe²⁺+Cu²⁺，30mL溶液可以溶解Cu的質量為0.03L×4mol/L×$\frac{1}{2}$×64g/mol=3.84g，可推斷第②組實驗中Fe恰好反應完全，剩余固體為Cu，
答：第②組剩余固體的成分為Cu；
（4）根據(jù)（3）中分析可知Cu為6.4g，F(xiàn)e的質量=40g-6.4g=33.6g，故n（Fe）=$\frac{33.6g}{56g/mol}$=0.6mol，n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，原混合粉末中Fe、Cu的物質的量之比=0.6mol：0.1mol=6：1，
答：原混合粉末中Fe、Cu的物質的量之比6：1．

點評 本題考查了混合物的有關計算、鐵及其化合物的性質應用，關鍵是通過②判斷剩余固體為銅，題目綜合性較大，數(shù)據(jù)較復雜，側重學生對實驗數(shù)據(jù)的分析處理考查，難度較大．