Question

将一定质量的铁、氧化铁、氧化铜的混合物粉末放入100mL4．40mol/L盐酸中，充分反应后产生896mLH₂(标准状况)，残留固体1．28g。过滤，滤液中无Cu²⁺。将滤液加水稀释到200mL，测得其中c(H⁺)为0．400mol/L。求原混合物中单质铁的质量。

Answer

5．6g。

【解析】

试题分析：将一定质量的铁、氧化铁、氧化铜的混合物粉末放入100mL4．40mol/L盐酸中，发生反应：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；CuO+2H+=2Cu2++H2O；2Fe3++Fe=3Fe2+；Fe+ Cu2+=Cu+ Fe2+；Fe+2H+= Fe2++H2↑；n(H2)=0．896L÷22．4L/mol=0．04mol，残留固体1．28g。过滤，滤液中无Cu2+。说明Cu元素完全转化为Cu单质，由于将滤液加水稀释到200mL，测得其中c(H+)为0．400mol/L，说明溶液显酸性，在酸性溶液中不可能存在单质Fe，因此1．28g固体是Cu，在有Cu存在时，溶液中不可能含有Fe3+，所以溶液为FeCl2溶液HCl的混合溶液。n(Cu)=1．28g÷64g/mol=0．02mol，则根据电荷守恒得2n(Fe2+)+ n(H+)= n(Cl- )，则n(Fe2+)= (4．40mol/L×0．1L−0．40mol/L×0．2L)÷2=0．18mol。假设原混合物中单质Fe的物质的量为xmol、Fe2O3的物质的量为ymol，根据Fe原子守恒得x+2y=0．18mol；根据转移电子守恒得2x=（0．04×2+0．02×2+2y×1）mol，解得x=0．10mol、y=0．04mol，所以m(Fe)=n(Fe)·M=0．10mol×56g/mol=5．60g。

【考点定位】考查混合物中的组成成分的质量的计算的知识。

【名师点睛】金属氧化物与盐酸反应产生相应的盐和水，由于氧化性：Fe3+>Cu2+>H+，所以Fe单质首先与Fe3+发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+；然后发生反应：Fe+ Cu2+=Cu+ Fe2+；最后发生反应：Fe+2H+= Fe2++H2↑；当反应产生氢气时，溶液中不再含有Fe3+、Cu2+，Cu元素完全转化为Cu单质；由于反应后的溶液为酸性溶液，Fe单质也不可能存在，得到的固体质量就是Cu的质量，利用元素守恒可确定CuO的物质的量；反应后的溶液为FeCl2溶液HCl的混合溶液，根据电荷守恒可得离子之间关系式；再根据氧化还原反应中电子转移守恒又得一个关系式，然后求解，就可以计算出原固体中含有铁单质的物质的量和质量。判断溶液的成分是本题解答的关键，利用溶液的电荷守恒和氧化还原反应中的电子守恒是正确解答本题的根本。