Question

現有一種銅，氧化鐵和炭的粉末狀混合物，為測定該混合物中氧化鐵的含量，某生取15g此樣品置于燒杯中，分五次加入密度為1.10g/ml的硫酸溶液．有關數據記錄如下表：

加硫酸溶液的序號	加硫酸溶液的體積/ml	剩余固體的質量/g
1	30.0	10.52
2	30.0	6.04
3	30.0	2.2
4	30.0	0.6
5	30.0	0.6

已知：在溶液中銅可與硫酸鐵反應：Cu+Fe₂（SO₄）₃=CuSO₄+2FeSO₄，第 5次加入硫酸溶液后剩余的固體中不含銅．
（1）所用硫酸溶液溶質的質量分數
（2）15.0g此樣品中銅的質量．
（3）樣品中氧化鐵的質量分數．

Answer 1

分析：因為銅和炭都不能與硫酸反應，混合物中只有氧化鐵與硫酸反應，而銅可以和硫酸鐵反應，它們反應的化學方程式為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O 和Cu+Fe₂（SO₄）₃═CuSO₄+2FeSO₄，所以其總的反應為：Fe₂O₃+Cu+3H₂SO₄═2FeSO₄ +CuSO₄+3H₂O，由圖表可知，第四次和第五次剩余固體的質量相等，所以可以判斷在第四次加入稀硫酸后反應就已經完全，結合已知條件可以知道剩余的固體為炭的質量，即炭的質量為0.6g，分析所給數據可以知道第一次和第二次加入稀硫酸，消耗固體的質量都為4.48g，而第三次加入30mL稀硫酸后減少的質量為3.84g，而第四次減少的質量為1.6g，由于銅不能和稀硫酸反應，所以可以判斷第四次加入稀硫酸反應的物質只有鐵，即減少的質量為2.2g-0.6g=1.6g，即為鐵的質量，同時結合題給的條件“第 5次加入硫酸溶液后剩余的固體中不含銅”可以判定在第三次加入稀硫酸時銅的量的不足，由于所給的物質的質量，都不是很明確，所以可以利用差量法來解答該題．

解答：解：根據題意可以知道發生的反應為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O 和Cu+Fe₂（SO₄）₃═CuSO₄+2FeSO₄，所以其總的反應為：Fe₂O₃+Cu+3H₂SO₄═2FeSO₄ +CuSO₄+3H₂O，
設30mL稀硫酸中含有溶質的質量為x，與30mL稀硫酸反應消耗氧化鐵的質量為y，則：
Fe₂O₃+Cu+3H₂SO₄═2FeSO₄ +CuSO₄+3H₂O  固體質量減少為：
160   64  294                          160+64=224     
y          x                        14.4g-10.52g=4.48g

160

y

=

294

x

 =

224

4.48

解得：x=5.88g，y=3.2g；
（1）所用硫酸溶液溶質的質量分數為：

5.88g

30mL×1.10g/mL

×100%=17.8%；
（2）根據剛才的分析可以知道前三次加入稀硫酸，氧化鐵都是足量的，所以前三次消耗的氧化鐵的質量為：3.2g×3=9.6g，第四次消耗的氧化鐵的質量為：2.2g-0.6g=1.6g，所以可以知道混合物中含氧化鐵的質量為：9.6g+1.6g=11.2g，由于最后剩余的0.6g固體為炭的質量，所以銅的質量為：15g-0.6g-11.2g=3.2g；
（3）所以混合物中氧化鐵的質量分數為：

11.2g

15g

×100%=74.7%．
答：（1）所用硫酸溶液溶質的質量分數為17.8%；
（2）15.0g此樣品中銅的質量為3.2g；
（3）樣品中氧化鐵的質量分數74.7%．
故答案為：
（1）17.8%；    
（2）3.2g；   
（3）74.7%．

點評：本題主要考查學生根據圖表數據解答問題的能力，要學會分析根據圖表數據獲得有效信息，在解題的中可得到事半功倍的效果．