Question

Cu-Fe合金由于長時間置于空氣中表面產(chǎn)生了一層氧化膜（成分為Fe₂O₃和CuO），一化學研究性學習小組對其進行如下探究，請按要求完成下列探究報告．
[探究目的]實驗測定樣品中Fe，Cu的質(zhì)量．
[探究思路]設(shè)計實驗測量有關(guān)反應(yīng)物和生成物的量，并通過計算確定樣品中Fe，Cu的質(zhì)量．
[實驗探究]（本實驗中的氣體體積均已換算成標準狀況）
①將此合金5.76g置于燒杯中，然后將稀H₂SO₄逐漸緩慢加入至過量，收集產(chǎn)生的氣體測得其體積為VmL．過濾得淺綠色溶液A（不含Cu²⁺），還有濾渣B．
②將濾渣B投入到一定濃度的HNO₃中，完全溶解，收集產(chǎn)生的氣體，經(jīng)分析氣體是NO和NO₂的混合氣體，總體積896mL，其中NO₂體積為224mL．
③將①中所得的濾液加入到足量的稀HNO₃中，充分反應(yīng)后再加入足量的NaOH溶液，將產(chǎn)生的沉淀全部濾出，充分加熱灼燒得紅棕色固體，稱量該固體的質(zhì)量為3.2g．
[結(jié)果處理]
（1）A中存在的陽離子有

Fe²⁺，H⁺

，濾渣B為

Cu

．
（2）依次寫出步驟③中加入HNO₃時發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式

3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O

．
（3）被腐蝕前的合金中Fe的質(zhì)量為

2.24

g，Cu的質(zhì)量為

3.2

g．
（4）實驗探究①中V為

448

mL．

Answer 1

分析：①合金與硫酸反應(yīng)生成氫氣VmL，n（H₂）=

V

22.4

mol，與酸反應(yīng)的鐵：n（Fe）=

V

22.4

mol，濾渣為銅；
②NO₂體積為224mL，則NO體積為672mL，n（NO₂）=0.224÷22.4=0.01mol，n（NO）=0.672÷22.4=0.03mol，根據(jù)得失電子守恒得出銅的物質(zhì)的量；
③紅棕色固體為氧化鐵，n（Fe₂O₃）=3.2÷160=0.02mol，根據(jù)原子守恒得出鐵的物質(zhì)的量；
根據(jù)合金腐蝕前后的質(zhì)量關(guān)系，再結(jié)合①②③，靈活運用得失電子守恒得出正確結(jié)論．

解答：解：（1）Fe₂O₃和CuO與酸反應(yīng)生成Fe^2+_和Cu²⁺，Cu²⁺再被鐵還原為Cu，酸過量，故A中存在的陽離子有Fe²⁺，H⁺；濾渣B為Cu，
故答案為：Fe²⁺，H⁺；Cu；
（2）①中所得的濾液為硫酸亞鐵，與硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，方程式為：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案為：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）NO₂體積為224mL，則NO體積為896-224=672mL，n（NO₂）=0.224÷22.4=0.01mol，n（NO）=0.672÷22.4=0.03mol，N由+5價降低為+4價和+2價，Cu由0價升高為+2價，根據(jù)得失電子守恒可知：n（Cu）×2=n（NO₂）×1+n（NO）×3=0.01×1+0.03×3=0.1mol，n（Cu）=0.05mol，m（Cu）=0.05×64=3.2g；紅棕色固體為氧化鐵，故n（Fe₂O₃）=3.2÷160=0.02mol，故n（Fe）=0.02×2=0.04mol，m（Fe）=0.04×56=2.24g，
故答案為：2.24；3.2；
（4）被腐蝕前的合金的質(zhì)量為2.24+3.2=2.44g，被腐蝕后合金中的質(zhì)量之和為5.76，質(zhì)量差為5.76-5.44=0.32g，故m（O）=0.32g，n（O）=0.32÷16=0.02mol；被腐蝕前為鐵和銅，被腐蝕后為鐵、銅、氧化鐵和氧化鐵，與酸反應(yīng)后全部生成Fe²⁺和銅，故整個過程的變化為鐵失電子變成Fe²⁺，氧氣得到電子變成-2價的O，氫離子得到電子變成氫氣，根據(jù)得失電子守恒可知：n（Fe）×2=n（0）×2+n（H₂）×2，0.04×2=0.02×2+n（H₂）×2，n（H₂）=0.02mol，故V（H₂）=0.02×22.4=0.448L=448mL，
故答案為：448．

點評：通過實驗探究物質(zhì)的組成是高考熱點題型、也是高考難點之一．能否熟練使用得失電子守恒這一規(guī)律是解題的關(guān)鍵．