Question

14．有鐵和氧化鐵組成的粉末狀混合物19.2g，向其中加入250ml未知濃度的稀硫酸，當固體全部溶解時，放出3.36L氫氣（標準狀況）．經(jīng)測定，加入的硫酸實際上消耗了$\frac{3}{5}$，且反應(yīng)后的溶液中不含三價鐵離子．
（l）寫出反應(yīng)的離子方程式Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）混合物中鐵和氧化鐵的質(zhì)量各為多少？
（3）所加稀硫酸的物質(zhì)的量濃度是多少？

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)后的溶液中不含三價鐵離子，說明發(fā)生反應(yīng)有：氧化鐵與氫離子反應(yīng)生成鐵離子和水，鐵離子與鐵反應(yīng)生成亞鐵離子，鐵與氫離子反應(yīng)生成氫氣，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（2）設(shè)出鐵和氧化鐵的物質(zhì)的量，利用質(zhì)量關(guān)系、電子守恒列式計算出二者的物質(zhì)的量，再計算出質(zhì)量即可；
（3）根據(jù)反應(yīng)過程中硫酸分為兩部分，一部分與鐵和氧化鐵反應(yīng)，另一部分剩余在溶液中，根據(jù)反應(yīng)中生成產(chǎn)物為硫酸亞鐵計算出反應(yīng)消耗的硫酸，最高價“加入的硫酸實際上消耗了$\frac{3}{5}$”計算出原溶液中硫酸的濃度．

解答 解：（1）將稀硫酸加入鐵和三氧化二鐵的混合物中，反應(yīng)后的溶液中不含三價鐵離子，則發(fā)生反應(yīng)有：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）反應(yīng)后氫離子有剩余，說明鐵和氧化鐵完全反應(yīng)，設(shè)鐵的物質(zhì)的量為x，氧化鐵的物質(zhì)的量為y，根據(jù)質(zhì)量可得：①56x+160y=19.2；
生成的標況下3.36L氫氣的物質(zhì)的量為：$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，生成0.15mol氫氣得到0.15mol×2=0.3mol電子，ymol氧化鐵轉(zhuǎn)化成亞鐵離子得到2ymol電子，xmol鐵失去2xmol電子，根據(jù)電荷守恒可得：②2y+0.3=2x，
根據(jù)①②組成方程組解得：x=0.2、y=0.05，
所以混合物中鐵的質(zhì)量為：56g/mol×0.2mol=11.2g；氧化鐵的質(zhì)量為：160g/nol×0.05mol=8g，
答：混合物中鐵和氧化鐵的質(zhì)量各為 11.2g、8g；
（3）鐵、氧化鐵和硫酸完全反應(yīng)后生成FeSO₄，根據(jù)原子守恒，鐵和氧化鐵總共消耗的硫酸的物質(zhì)的量為：n（H₂SO₄）=n（Fe）+2n（Fe₂O₃）=0.2mol+0.05mol×2=0.3mol，參與反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量濃度為：c（H₂SO₄）=$\frac{0.3mol}{0.25L}$=1.2mol/L，
加入的硫酸實際上消耗了$\frac{3}{5}$，由于溶液體積不變，則消耗的硫酸的物質(zhì)的量濃度為原溶液中硫酸濃度的$\frac{3}{5}$，
所以原溶液中硫酸的濃度為：c（H₂SO₄）=$\frac{1.2mol/L}{\frac{3}{5}}$=2mol/L，
答：所加稀硫酸的物質(zhì)的量濃度是2 mol/L．

點評 本題考查了有關(guān)混合物的計算，題目難度中等，明確反應(yīng)實質(zhì)、反應(yīng)的先后順序是解題關(guān)鍵，注意質(zhì)量守恒、原子守恒在計算出中應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．