Question

（10分）將54.4 g鐵粉和氧化鐵的混合物中加入200 mL的稀硫酸，恰好完全反應，放出氫氣4.48 L（標準狀況）．反應后的溶液中滴加KSCN不顯紅色，且無固體剩余物，求：⑴．混合物鐵和氧化鐵各是多少克？⑵．原稀硫酸物質的量濃度？⑶．反應后得到FeSO₄的物質的量是多少？

Answer 1

⑴．設鐵粉的物質的量為x，氧化鐵的物質的量為y。
據：Fe＋H₂SO₄＝FeSO₄＋H₂↑和Fe＋2Fe^3＋＝3Fe^2＋可以得到：
x－y＝0.2 mol
56x＋160y＝54.4 g   解得：x＝0.4mol，y＝0.2mol 。
所以鐵的質量為22.4g，氧化鐵的質量為32g。
⑵．反應中共生成FeSO₄ 0.8mol，所以消耗H₂SO₄的物質的量為0.8mol，稀硫酸的濃度為0.8mol/0.2L＝4.0mol/L。
⑶．根據鐵元素的物質的量守恒，反應后FeSO₄的物質的量為0.8mol。

解析試題分析：
由題意可知：（1）Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、（2）Fe＋2Fe^3＋＝3Fe^2＋、（3）Fe＋H₂SO₄＝FeSO₄＋H₂↑，要滿足題意，鐵粉一部分和三價鐵離子反應，一部分和硫酸反應；所以設鐵粉的物質的量為x，質量為56x，氧化鐵的物質的量為y,其質量為160y，得到第一個方程程式：56x+160y=54.4g,由方程式（2）可知，與硫酸反應的鐵粉的物質的量為x-y,同時由生成的H₂標況下的體為22.4L可知，x-y="22.4L/22.4L·mol=0.2mol;" 兩個方程式聯立即可求得x＝0.4mol，y＝0.2mol ；所以鐵的質量為22.4g，氧化鐵的質量為32g。
（2）由題意和方程式（2）（3）可知，溶液最終為FeSO₄，所以亞鐵離子的物質的量等于硫酸根離子的物質的量；反應中共生成FeSO₄ 0.8mol，所以消耗H₂SO₄的物質的量為0.8mol，稀硫酸的濃度為0.8mol/0.2L＝4.0mol/L。
⑶．根據鐵元素的物質的量守恒，反應后FeSO₄的物質的量為0.8mol。
考點： 鐵、二價鐵離子、三價鐵離子的相互轉化和計算。