Question

將一些氧化銅粉末加入到100g質(zhì)量分數(shù)為14%的硫酸溶液中，微熱至氧化銅全部溶解，再向該溶液中加入20g鐵粉，充分反應(yīng)后，過濾、烘干，得到干燥的固體物質(zhì)仍為20g．求：
（1）原先氧化銅的質(zhì)量是多少克？
（2）最后得到溶液的質(zhì)量分數(shù)是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）要使加入的鐵粉和得到的固體質(zhì)量相等必須使硫酸消耗多余的Fe：從CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu，可以看出鐵轉(zhuǎn)化出銅，這是一個使固體質(zhì)量增加的過程，而題目明確的說明過濾后的固體質(zhì)量與投入的鐵粉質(zhì)量相同，這只能說明氧化銅被溶解后，硫酸仍然有剩余，剩余的硫酸繼續(xù)消耗鐵粉，且消耗鐵粉的質(zhì)量與前一步固體增加的質(zhì)量相等；利用這一等量關(guān)系，計算所加入氧化銅的質(zhì)量；
（2）最后生成的溶質(zhì)是FeSO₄，它是由兩部分生成的．第一部分與CuSO₄反應(yīng)得到的FeSO₄，第二部分是鐵與剩余硫酸生成的FeSO₄，反應(yīng)后溶液中總共含有FeSO4為兩部分的質(zhì)量和；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)后所得溶液總質(zhì)量=100g稀硫酸+氧化銅的質(zhì)量+鐵的質(zhì)量-析出的銅的質(zhì)量（與鐵的質(zhì)量相等）-氫氣質(zhì)量，由于參加反應(yīng)鐵的質(zhì)量與析出固體的質(zhì)量相等，所以，反應(yīng)后所得溶液的總質(zhì)量=100g稀硫酸+氧化銅的質(zhì)量-氫氣質(zhì)量．則最后得到溶液的質(zhì)量分數(shù)為生成FeSO₄的總質(zhì)量與反應(yīng)后所得溶液總質(zhì)量的比．
解答：解：（1）設(shè)原先氧化銅的質(zhì)量為m，則與氧化銅反應(yīng)的硫酸的質(zhì)量x，生成硫酸銅的質(zhì)量y
CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
80   98    160
m    x      y
  x=
  y=2m
設(shè)加入鐵粉與硫酸銅溶液充分反應(yīng)固體增加的質(zhì)量為a，生成硫酸亞鐵的質(zhì)量為c；與剩余稀硫酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量為b，生成硫酸亞鐵的質(zhì)量為d
Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu  固體質(zhì)量增加
56  160         64     64-56=8
     2m                  a
  a=0.1m
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56   98
b   100g×14%-
  b=8-0.7m
反應(yīng)前后固體質(zhì)量不變，即與硫酸反應(yīng)消耗鐵的質(zhì)量等于與硫酸銅反應(yīng)固體增加的質(zhì)量，即：a=b
0.1m=8-0.7m  解得m=10g，
答：原先氧化銅的質(zhì)量為10g；
（2）設(shè)加入鐵粉與硫酸銅溶液充分反應(yīng)固體增加的質(zhì)量1g時生成硫酸亞鐵的質(zhì)量為c；與剩余稀硫酸反應(yīng)的1g鐵生成硫酸亞鐵的質(zhì)量為d，同時放出氫氣質(zhì)量為w
Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu 固體質(zhì)量增加
56 160     152  64   64-56=8
            c          1g
  c=19g
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56         152  2
1g          d   w
  d≈2.7g
  w≈0.04g
最后得到溶液的質(zhì)量分數(shù)=×100%≈19.73%
答：最后得到溶液的質(zhì)量分數(shù)為19.73%．
點評：分析固體質(zhì)量不變的原因是解決本題的關(guān)鍵：要使加入的鐵粉和得到的固體質(zhì)量相等必須使硫酸消耗多余的Fe，且消耗鐵粉的質(zhì)量與置換出銅固體增加的質(zhì)量相等．