Question

16．現(xiàn)有銅與另一種金屬的混合物粉末，另一種金屬可能是鋁、鐵、鋅中的一種，現(xiàn)欲測定其組成．取該混合物粉末8.0g放入燒杯中，將140.0g14.0%的稀硫酸分四次加入到該燒杯中，充分反應后，測得剩余固體質量的數(shù)據(jù)記錄如下：

實驗次數(shù)	1	2	3	4
加入稀硫酸的質量/克	35.0	35.0	35.0	35.0
剩余固體的質量/克	7.1	6.2	5.3	5.1

通過計算（寫出計算過程，結果精確到0.1%），求：
（1）該混合物粉末中另一金屬為何種金屬？
（2）第三次加入硫酸充分反應后，所得溶液中溶質的質量分數(shù)是多少？

Answer 1

分析 （1）銅不能與酸發(fā)生置換反應，因此，當金屬混合物粉末與足量稀硫酸完全反應后，剩余固體質量即為銅的質量；由于35.0克硫酸參加反應金屬每減少0.9克，由此可以求出第四次參加反應硫酸的質量，根據(jù)參加反應金屬的質量與參加反應硫酸的質量計算金屬的相對原子質量；根據(jù)相對原子質量判斷金屬元素；
（2）第三次加入硫酸充分反應后，由于金屬有剩余因而所加稀硫酸完全反應，所得溶液為金屬的硫酸鹽溶液；根據(jù)反應的化學方程式則消耗金屬的質量計算出反應生成硫酸鹽的質量，所得質量與溶液的質量比即得溶液的質量分數(shù)；反應后所得溶液的質量由質量守恒定律進行求得．

解答 解：（1）設該金屬的相對分子質量為x，該金屬為M且為+2價． 
以第一次加入35.0g硫酸為例，純硫酸的質量是35.0g×14.0%=4.9g．消耗的金屬的質量為8.0g-7.1g=0.9g，
 M+H₂SO₄═MSO₄+H₂↑
 x        98
0.9g    4.9g
則$\frac{x}{0.9g}=\frac{98}{4.9g}$
∴解得x=18，
根據(jù)相對原子質量表，則該金屬不會是鐵、鋅，只能是鋁．
（或設該金屬的相對分子質量為y，該金屬為M且為+3價．
2M+3H₂SO₄═M₂（SO₄）₃+3H₂↑．
2y      98×3
0.9g    4.9g
$\frac{2y}{0.9g}=\frac{98×3}{4.9g}$
y=27，
根據(jù)相對原子質量表，則該金屬是鋁．）
（2）設所得溶液中Al₂（SO₄）₃的質量為m，生成H₂的質量為z
2Al+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑．
         98×3           342             6
35.0g×3×14%       m                z
$\frac{98×3}{35.0g×3×14%}=\frac{342}{m}=\frac{6}{z}$
m=17.1g，z=0.3g
Al₂（SO₄）₃溶液的質量分數(shù)為$\frac{17.1g}{105g+（8.0g-5.3g）-0.3g}$×100%≈15.9%
答：該混合物粉末中另一金屬為金屬鋁；第三次加入硫酸充分反應后，所得溶液中溶質的質量分數(shù)是15.9%．

點評 根據(jù)質量守恒定律，第三次加入稀硫酸充分反應后所得溶液的質量=參加反應金屬的質量+三次所加稀硫酸的質量-反應放出氫氣的質量；利用根據(jù)守恒定律化復雜的溶液計算為簡便明了．