Question

現有銅與金屬X組成的混合物粉末，金屬X是鎂、鐵、鋅中的一種．利用該混合物進行如下實驗：
實驗步驟及數據：取該混合物粉末8.0g放入燒杯中，將140.0g 溶質質量分數為14.0%的稀硫酸平均分四次加入該燒杯中，充分反應后，測得燒杯內剩余固體的質量數據如下表：

加入稀硫酸的次數	第1次	第2次	第3次	第4次
燒杯內剩余固體質量/g	6.8	5.6	4.4	4.2

實驗分析：通過計算，求：
（1）該混合物粉末中銅的質量分數為

52.5%

；
（2）該混合物是由銅粉和

鎂粉

組成的；
（3）第三次加入硫酸充分反應后，所得溶液中溶質的質量分數是多少？（寫出計算過程）
（4）若用溶質的質量分數為98%、密度為1.84g/cm^-3的濃硫酸來配制本實驗中所用的稀硫酸，則需要取濃硫酸多少毫升？同時加入水多少毫升？（寫出計算過程）

Answer 1

分析：（1）因銅與酸不反應，反應后剩余固體質量4.2g即為其質量，故可求出混合物粉末中銅的質量分數；
（2）利用前三次反應所加稀硫酸完全反應時，硫酸與金屬的質量關系，根據反應的化學方程式，計算出金屬的相對原子質量，確定金屬；
（3）根據反應的化學方程式，由反應消耗硫酸的質量計算放出氫氣的質量，運用質量守恒定律，計算反應后所得溶液的質量．
（4）使用98%的濃硫酸配制19.6%的稀硫酸，采取加水稀釋的辦法完成．加水稀釋時，稀釋前后濃、稀溶液中的溶質質量不變．可根據這一特點建立方程解決問題．

解答：解：（1）因銅與酸不反應，反應后剩余固體質量4.2g即為其質量．

4.2g

8.0g

×100%=52.5%
故答案為：52.5%
（2）由第一次所加稀硫酸140g÷4=35g完全反應時，消耗金屬的質量=8.0g-6.8g=1.2g；
由于鎂、鐵、鋅三種金屬在反應中均呈+2價，設金屬的相對原子質量為m，則
M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑
m   98
1.2g 35g×14%

m

1.2g

=

98

35g×14%

m=24，所以金屬為鎂；
故答案為：鎂粉；
（3）第三次加入硫酸后，一共加入了35g×3=105g硫酸
設加入105g稀硫酸充分反應生成氫氣的質量為x．生成硫酸鎂的質量為y
Mg+H₂SO₄═MgSO₄+H₂↑
24         120   2
8.0g-4.4g  y     x

24

8.0g-4.4g

=

2

x

=

120

y

x=0.3g，y=18g
所得溶液的質量=（8.0g-4.4g）+105g-0.3g=108.3g
故溶質的質量分數為：

18g

108.3g

×100%=16.6%
答：所得溶液中溶質的質量分數是16.6%
（4）1cm^-3=1mL
設需要濃硫酸的質量為x
140.0g×14.0%=x×98%
解之得 x=20g
濃硫酸的體積=

20g

1.84g/cm3

=10.87cm^-3=10.87mL
需要水的質量=140g-20g=120g
水的密度為1g/cm^-3，故需水的體積為：

120g

1g/cm-3

=120cm^-3=120mL；
答：需要取濃硫酸10.87mL，同時加入水120mL．

點評：由剩余固體質量與加入稀硫酸的質量關系，可知前三次所加的稀硫酸均已完成反應．
使用溶液的溶質質量分數進行計算時，不能用溶液的體積和溶質質量分數相乘，一定要使用m=ρv的公式進行體積與質量的換算．水的密度為1g/mL，所以水的質量數（g）就可以看成其體積數（mL）．