Question

0.6mol?L^-1Fe₂（SO₄）₃和1.2mol?L^-1CuSO₄的混合溶液200mL，加入一定量鐵粉充分反應后，測得溶液中Fe²⁺與Cu²⁺物質的量之比為2：1，則加入鐵粉的物質的量是多少摩爾？

Answer 1

解：溶液中鐵離子物質的量為0.2L×0.6mol/L×2=0.24mol，銅離子的物質的量是0.2L×1.2mol/L=0.24mol，
由于銅離子的氧化性弱于鐵離子的，所以首先是鐵離子氧化單質鐵，方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，如果鐵離子完全反應，Cu²⁺不反應，由方程式可知，則生成亞鐵離子是0.24mol×=0.36mol，此時溶液中Fe²⁺與Cu²⁺物質的量之比為0.36mol：0.24mol=3：2，實際溶液中Fe²⁺與Cu²⁺物質的量之比為2：1，這說明溶液中鐵單質也和銅離子反應Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，此時溶液中溶質為硫酸亞鐵與硫酸銅，根據電荷守恒n（Fe²⁺）+n（Cu²⁺）=n（SO₄^2-），溶液中n（SO₄^2-）=0.2L×0.6mol/L×3+0.2L×1.2mol/L=0.6mol，Fe²⁺與Cu²⁺物質的量之比為2：1，故n（Fe²⁺）+n（Fe²⁺）=n（SO₄^2-）=0.6mol，所以n（Fe²⁺）=0.4mol，根據鐵元素守恒，加入鐵粉的物質的量n（Fe）=n（Fe²⁺）-n（Fe³⁺）=0.4mol-0.24ml=0.16mol，
答：加入鐵粉的物質的量為0.16mol．
分析：溶液中鐵離子和銅離子的物質的量分別都是0.24mol．由于銅離子的氧化性弱于鐵離子的，所以首先是鐵離子氧化單質鐵，方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，如果鐵離子完全反應，Cu²⁺不反應，則生成亞鐵離子是0.36mol，此時溶液中Fe²⁺與Cu²⁺物質的量之比為3：2，實際溶液中Fe²⁺與Cu²⁺物質的量之比為2：1，這說明溶液中鐵單質也和銅離子反應Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，溶液中溶質為硫酸亞鐵與硫酸銅，根據電荷守恒n（Fe²⁺）+n（Cu²⁺）=n（SO₄^2-），根據n=cV計算n（SO₄^2-），據此計算反應后溶液中n（Fe²⁺），根據鐵元素守恒，n（Fe）=n（Fe²⁺）-n（Fe³⁺），據此解答．
點評：本題考查混合物的有關計算，難度中等，判斷鐵與鐵離子發生反應是關鍵，注意利用元素守恒與電荷守恒進行的計算，較常規方法簡單．