Question

將一塊銅板浸泡在一定濃度的FeCl₃溶液中一段時(shí)間后取出，得到一混合溶液，某校化學(xué)興趣小組的同學(xué)為分析該混合溶液的組成，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

① 取50.0mL混合溶液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，得白色沉淀，過濾、干燥、稱量，沉淀質(zhì)量為86.1 g；

② 另取50.0mL混合溶液，向其中加入1.40 g鐵粉，結(jié)果鐵粉全部溶解但未見固體析出；

③ 再取50.0mL混合溶液，向其中加入20.0 mL稀硝酸，得到一種無色氣體，其體積換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)為0.448 L ；

請根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)分析計(jì)算：

⑴ 原FeCl₃溶液物質(zhì)的量濃度(反應(yīng)過程中過程中溶液體積的變化忽略不計(jì))；

⑵ 所得混合溶液中c(Cu²⁺)的取值范圍；

⑶ 若要進(jìn)一步求得混合溶液中c(Cu²⁺)的具體數(shù)值，在只單獨(dú)使用AgNO₃溶液、鐵粉

或稀硝酸的前題下，還可測出哪些數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行哪些實(shí)驗(yàn)？

Answer 1

⑴ 原FeCl₃溶液中c(FeCl₃)＝

⑵50.0mL混合溶液中n (Cu^2＋)的取值范圍為：［0.600 mol/L，1.50 mol/L］

⑶ 還可測出50.0mL混合溶液中n (Fe^2＋)的值，應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是向50.0mL混合溶液中加入足量的稀硝酸，測出生成的氣體體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

解析:

⑴ 解：由I得50.0mL混合溶液中c(Cl^－)＝  

      所以原FeCl₃溶液中c(FeCl₃)＝    

⑵ 解：Ⅱ中加入1.4gFe無固體剩余，即發(fā)生的反應(yīng)為：Fe＋2Fe^3＋＝3Fe^2＋

 所以50.0mL混合溶液中至少含有Fe^3＋：  

Ⅲ中加入20.0mL稀硝酸后產(chǎn)生的氣體為NO，反生的反應(yīng)為

3Fe^2＋＋4H^＋＋NO₃^－＝3Fe^3＋＋NO↑＋2H₂O

即50.0mL混合溶液中至少含有Fe^2＋：    

50.0mL混合溶液中根據(jù)鐵元素守恒有：

n (Fe^2＋) ＋ n (Fe^3＋) ＝ 4.0 mol/L×0.05L＝ 0.20 mol         

根據(jù)電荷守恒有：3n (Fe^3＋)＋2n (Fe^2＋)＋2n (Cu^2＋)＝n (Cl^－)＝

當(dāng)n (Fe^3＋) 有最小值時(shí)，n (Fe^2＋)、n (Cu^2＋)有最大值，且由上述兩等式可求得

n (Cu^2＋)的最大值為0.075 mol                              

當(dāng)n (Fe^2＋)有最小值時(shí)，n (Fe^3＋) 有最大值，n (Cu^2＋)有最小值，同樣可求得

n (Cu^2＋)的最小值為0.03 mol                               

所以，50.0mL混合溶液中n (Cu^2＋)的取值范圍為：［0.600 mol/L，1.50 mol/L］

⑶ 解：還可測出50.0mL混合溶液中n (Fe^2＋)的值，應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是向50.0mL混合溶液中加入足量的稀硝酸，測出生成的氣體體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。