Question

將6g純鐵粉加入200mLFe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中充分反應后得到200mL0.5mol/L的FeSO₄溶液和5.2g固體，求：

（1）反應后生成銅多少克？

（2）加入鐵粉前Fe₂(SO₄)₃物質的量濃度。

Answer 1

發生反應的化學方程式為：

①Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄        ②Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

兩個反應共生成FeSO₄為：0.2L×0.5mol/L=0.1mol

觀察兩個反應不難發現，若生成同樣的FeSO₄，②式消耗的鐵更多。假設0.1molFeSO₄全部為②式產生，則此時消耗的鐵將達最大量為a。

                 

 Fe    ～     FeSO₄

                  1mol          1mol

                   a           0.1mol

a=0.1mol，即鐵為5.6g，則5.2g固體中含Cu也含剩余的Fe，設原溶液的Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的物質的量分別為x和y。

Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄             Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄

X    x       3x               y    y   y    y

由題意得  3x+y=0.1mol

         6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g

解得：x=0.02mol             y=0.04mol

則生成銅：0.04mol×64g/mol=2.56g

原Fe₂(SO₄)₃和物質的量濃度為0.02mol/0.2L=0.1mol/L

解析:

在Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄的混合溶液中投入鐵粉后，Fe³⁺和Cu²⁺均可與鐵發生反應，但由于氧化性Fe³⁺>Cu²⁺，所以Fe應首先還原Fe³⁺，即首先發生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，但不可以只發生此反應，原因有二：第一是若只發生此反應則說明鐵粉較少，已完全反應無剩余，則不可能有5.2g不溶物；第二，若只發生此反應可依此反應計算出生成的FeSO₄為（6g÷56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通過以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe³⁺還原后，不發生了還原Cu²⁺的反應，此時的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固體中肯定有Cu，是否含Fe呢？這就是此題的關鍵所在，需通過計算推導確定。