Question

铁粉和氧化铁粉末的混合物共13.6g，加入到200mL的稀硫酸中，固体完全溶解，得到标准状况下1.12L 氢气。经测定，反应后的溶液中c (H⁺) 为0.200mol·L^-1，且无Fe³⁺（忽略反应前后溶液体积变化）。请计算：

（1）反应中放出氢气的质量为___________________。

（2）原混合物中铁和氧化铁的物质的量之比为___________________。

（3）原稀硫酸的物质的量浓度为________________ mol·L^-1。

Answer

0.100 2∶1 1.10

【解析】把铁粉和氧化铁粉末加入稀硫酸，氧化铁先溶解生成Fe3+，由于Fe3+的氧化性强于H+，所以单质铁与Fe3+先反应，然后再与H+反应放出H2，根据题意可知n(H2)=0.05mol，反应后溶液中c (H+) 为0.200mol·L-1，说明硫酸过量0.02mol，溶液中无Fe3+，则溶液中的溶质只有FeSO4。根据上述分析，则：

(1)反应中放出氢气的质量m=0.05mol×2g/mol=0.100g，根据题目数据可知，要保留3位有效数字；

(2)设原混合物中铁的物质的量为xmol，氧化铁的物质的量为ymol，得56x+160y=13.6，溶液中发生的反应如下：反应①Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O，反应②Fe2(SO4)3＋Fe=3FeSO4，反应③Fe＋H2SO4 =FeSO4＋H2↑，可推出x-0.05=y，联立求得x=0.1mol，y=0.05mol，所以原混合物中铁和氧化铁的物质的量之比为2∶1；

(3)根据上述分析，反应①消耗n(H2SO4)=0.15mol，反应③消耗n(H2SO4)=0.05mol，反应后剩余n(H2SO4)=0.02mol，所以原稀硫酸的物质的量浓度c (H2SO4)= =1.10mol/L。