Question

將10g CuO 粉末加入到100g一定質量分數的稀硫酸中，微熱至氧化銅全部溶解，生成藍色溶液．在藍色溶液中加入mg鐵粉，充分反應后，過濾，烘干得到干燥固體物質仍是mg．（除不盡保留一位小數，不考慮損耗）
求（1）最后生成銅的質量是多少？
（2）所加稀硫酸的溶質質量分數是多少？
（3）當m取何值時，才能滿足加入的鐵粉和得到的固體質量相等，簡述理由．

Answer 1

設與氧化銅反應的硫酸的質量為x，與鐵反應的硫酸的質量為y，生成的硫酸銅為z，與硫酸銅反應的鐵的質量為a，與酸反應的鐵的質量為b，生成的銅的質量為m1．
（1）生成Cu的質量為10g×

64

80

×100%=8g；
（2）由題意：氧化銅全部溶解，則
CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O
80    98   160    
10g   x    z

80

10g

=

98

x

=

160

z

 
x=12.25g  z=20g
根據加入的鐵粉與反應后所得固體質量相同，只有鐵粉過量，一部分鐵與稀硫酸反應，才能使鐵粉與生成銅質量相同．當鐵粉恰好和硫酸完全反應時，進行如下計算
Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄
56  160  64
a   20g  m1

56

a

=

160

20g

=

64

m1

a=7g，m1=8
由于固體質量增加了1g，所以和硫酸反應的鐵的質量就是1g，這樣就可以使固體質量前后不反應變化，即b=1g．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂ ↑
56  98        
1g  y          

56

1g

=

98

y

y=1.75g
所加稀硫酸的溶質質量分數=

1.75g+12.25g

100g

×100%=14%；
（3）只有鐵粉恰好與硫酸也完全反應時，一部分鐵與稀硫酸反應，能使鐵粉與生成銅質量相同．同時當鐵和硫酸反應后有剩余時，同樣會質量保持不變．根據最后生成銅的質量為8g，則加入鐵粉質量m≥8g．
答：（1）最后生成銅的質量是8g；
（2）所加稀硫酸的溶質質量分數是14%；
（3）當m≥8g時，一部份鐵與稀硫酸反應，才能使鐵粉與生成銅質量相同，才能滿足加入的鐵粉和得到的固體質量相等．