Question

16．把2.0mol/L的CuSO₄和1.0mol/L H₂SO₄溶液各1L混合，假設(shè)混合后溶液的體積等于兩種溶液混合前的體積之和．計算：
（1）混合溶液的H⁺濃度及pH值；
（2）向上述混合溶液中加入足量鐵粉，充分反應后，鐵粉有剩余．求放出氫氣的體積（標準狀態(tài)下）此時溶液中Fe²⁺的物質(zhì)的量濃度．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)稀釋定律，稀釋前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變，據(jù)此計算混合溶液中H₂SO₄的物質(zhì)的量濃度，混合后溶液中c（H⁺）=2c（H₂SO₄），再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算；
（2）向溶液中加入鐵粉，經(jīng)過足夠長的時間，鐵粉有剩余，則硫酸銅、硫酸都完全反應，根據(jù)H原子守恒計算生成氫氣物質(zhì)的量，進而計算氫氣體積，此時溶液中溶質(zhì)為FeSO₄，故c（Fe²⁺）=c（SO₄^2-）．

解答 解：（1）把2.0mol•L^-1CuSO₄和1.0mol•L^-1H₂SO₄溶液各1L混合，根據(jù)稀釋定律，稀釋前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變，則混合后溶液中c（H₂SO₄）=$\frac{1}{2}$×1.0mol/L=0.5mol/L，混合后溶液中c（H⁺）=2c（H₂SO₄）=2×0.5mol/L=1mol/L，則pH=-lgc（H⁺）=0，
答：混合溶液的H⁺濃度為1mol/L，pH值為0；
（2）向溶液中加入鐵粉，經(jīng)過足夠長的時間，鐵粉有剩余，則硫酸銅、硫酸都完全反應，根據(jù)氫原子守恒可知n（H₂）=n（H₂SO₄）=1L×1mol/L=1mol，故氫氣體積為1L×22.4L/mol=22.4L，
混合溶液中c（CuSO₄）=$\frac{1}{2}$×2.0mol/L=1.0 mol/L，溶液中硫酸根來源于硫酸銅與硫酸電離，故 c（SO₄^2-）=c（CuSO₄）+c（H₂SO₄）=1mol/L+0.5mol/L=1.5mol/L，此時溶液中溶質(zhì)為FeSO₄，故c（Fe²⁺）=c（SO₄^2-）=1.5mol/L，
答：標況下生成氫氣體積為22.4L，此時溶液中Fe²⁺的物質(zhì)的量濃度為1.5mol/L．

點評 本題考查物質(zhì)的量濃度的有關(guān)計算、混合物計算，注意對公式的理解與靈活運用，（2）中注意利用守恒法解答，較好地考查學生分析計算能力．