Question

把鐵、氧化鐵、氧化銅的混合物粉末放入110mL4mol?L^-1鹽酸中，充分反應后產生896mLH₂（標準狀況），殘留固體1.28g．過濾，濾液中無Cu²⁺．將濾液加水稀釋到200ml，測得其中c（H⁺）為0.4mol?L^-1．試求：
（1）殘留固體1.28g為：______（填化學式）；
（2）原混合物粉末中，m（CuO）=______g；
（3）濾液稀釋到200mL后，c（Fe²⁺）=______mol?L^-1；
（4）濾液加水稀釋到200mL后，加入足量的硝酸銀，產生的沉淀的物質的量：n（AgCl）=______mol；
（5）原混合物的總質量m（總）=______g．

Answer 1

既然還有較多H⁺離子剩余，且濾液中沒有Cu²⁺，可知殘留物沒有Fe，1.28g固體只有Cu；
而Cu可以殘留說明溶液中沒有Fe³⁺，陽離子為H⁺和Fe²⁺．反應有：CuO+2H⁺═Cu²⁺+H₂O，
Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，
Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu，
Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
根據原子守恒和得失電子總數相等計算．
設原有Fe為xmol，Fe₂O₃為ymol，CuO為zmol，
生成Cu為

1.28g

64g/mol

=0.02mol，CuO物質的量為0.02mol
生成H₂為

0.896L

22.4L/mol

=0.04mol，
根據得失電子總數相等知：2x=2y+2×0.02+2×0.04；
又根據Cl^-知：2（x+2y）+0.2×0.400=0.1×4.40．
將上述兩式聯立解出：x=0.1，y=0.04．z=0.02mol
原混合物中單質鐵的質量56g/mol×0.1mol=5.6g．
（1）依據上述分析可知，最后剩余1.28g固體為銅；
故答案為：Cu；
（2）依據上述計算可知氧化銅物質的量為0.02mol，所以氧化銅質量為m（CuO）=0.02mol×80g/mol=1.6g；
故答案為：1.6；
（3）上述計算可知溶液中亞鐵離子物質的量=x+2y=0.1mol+2×0.04mol=0.18mol，c（Fe²⁺）=

0.18mol

0.2L

=0.9mol?L^-1；
故答案為：0.9；
（4）濾液加水稀釋到200mL后，加入足量的硝酸銀，產生的沉淀的物質的量依據氯元素守恒計算得到，n（AgCl）=0.110L×4mol?L^-1=0.44mol；
故答案為：0.44；
（5）計算可知原混合物含有的物質為Fe為0.1mol，Fe₂O₃為0.04mol，CuO為0.02mol，原混合物的總質量m（總）=0.1mol×56g/mol+0.04mol×160g/mol+0.02mol×80g/mol=13.6g；
故答案為：13.6．