Question

16．將10g CuO粉末加入到100g一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸中，微熱至氧化銅全部溶解再向藍(lán)色溶液中加入m g鐵粉，充分反應(yīng)后，過濾，將濾液烘干得到干燥固體物質(zhì)m g．求：
（1）所加稀硫酸的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（2）當(dāng)m取何值時(shí)，才能滿足加入的鐵粉和得到的固體質(zhì)量相等．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意，鐵粉充分反應(yīng)后，過濾，烘干得到干燥固體物質(zhì)仍是mg，由于鐵粉置換硫酸銅后所得固體質(zhì)量增加，可判斷有部分鐵粉與稀硫酸反應(yīng)才能出現(xiàn)反應(yīng)前后固體質(zhì)量不變，因此所加稀硫酸一部分與氧化銅反應(yīng)一部分與鐵粉反應(yīng)，計(jì)算出與鐵粉反應(yīng)硫酸的質(zhì)量則需要先求得反應(yīng)所耗鐵粉的質(zhì)量，利用金屬粉末變化前后質(zhì)量相等，由生成銅的質(zhì)量分析計(jì)算與硫酸反應(yīng)的鐵粉質(zhì)量；
（2）要使加入的鐵粉和得到的固體質(zhì)量相等，需滿足鐵粉既與硫酸銅反應(yīng)又與硫酸反應(yīng)，因此所加入鐵粉質(zhì)量需大于等于二者反應(yīng)所需鐵粉的質(zhì)量．

解答 解：設(shè)與氧化銅反應(yīng)的硫酸的質(zhì)量為x，與鐵反應(yīng)的硫酸的質(zhì)量為y，生成的硫酸銅為z，與硫酸銅反應(yīng)的鐵的質(zhì)量為n，與酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量為b，生成的銅的質(zhì)量為h
（1）由題意：氧化銅全部溶解，則
CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O
80   98   160    
10g   x    z
  $\frac{80}{10g}=\frac{98}{x}$，$\frac{80}{10g}=\frac{160}{z}$
x=12.25g  z=20g
根據(jù)加入的鐵粉與反應(yīng)后所得固體質(zhì)量相同，只有鐵粉過量，一部分鐵與稀硫酸反應(yīng)，才能使鐵粉與生成銅質(zhì)量相同．當(dāng)鐵粉恰好和硫酸完全反應(yīng)時(shí)，進(jìn)行如下計(jì)算
Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄
56  160  64
n   20g  h
$\frac{56}{n}=\frac{160}{20g}$，$\frac{160}{20g}=\frac{64}{h}$
n=7g，h=8g
由于固體質(zhì)量增加了1g，所以和硫酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量就是1g，這樣就可以使固體質(zhì)量前后不反應(yīng)變化，即b=1g．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂ ↑
56  98        
1g  y          
$\frac{56}{1g}=\frac{98}{y}$
y=1.75g
所加稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{1.75g+12.25g}{100g}$×100%=14%；
（2）只有鐵粉恰好與硫酸也完全反應(yīng)時(shí)，一部分鐵與稀硫酸反應(yīng)，能使鐵粉與生成銅質(zhì)量相同．同時(shí)當(dāng)鐵和硫酸反應(yīng)后有剩余時(shí)，同樣會(huì)質(zhì)量保持不變．根據(jù)最后生成銅的質(zhì)量為8g，則加入鐵粉質(zhì)量m≥8g．
答：（1）所加稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是14%；
（2）當(dāng)m≥8g時(shí)，一部份鐵與稀硫酸反應(yīng)，才能使鐵粉與生成銅質(zhì)量相同，才能滿足加入的鐵粉和得到的固體質(zhì)量相等．

點(diǎn)評(píng) 根據(jù)題設(shè)意圖，“充分反應(yīng)”應(yīng)理解成溶液中的硫酸銅、硫酸完全反應(yīng)，即所加鐵粉足量或過量，否則本題將陷入無解之境．