Question

將一些氧化銅粉末加入到100克質量分數為14%的硫酸溶液中，微熱至氧化銅全部溶解，再向藍色溶液中加入W克鐵粉，充分反應后，過濾，烘干，得到干燥的固體物質仍是Wg，求：
（1）原先氧化銅的質量是多少？
（2）最后得到的溶液中溶質的質量分數為多少？
（3）當W為何值時才能滿足加入的鐵粉和得到的固體質量相等？

Answer 1

分析：（1）硫酸銅溶液中加入鐵發生：CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu，鐵轉化出銅是一個使固體質量增加的過程，如質量不變，則還應存在反應Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑；
（2）最后生成的溶質是FeSO₄，它是由兩部分生成的．第一部分與CuSO₄反應得到的FeSO₄，第二部分是鐵與剩余硫酸生成的FeSO₄，反應后溶液中總共含有FeSO₄為兩部分的質量和；根據質量守恒定律，反應后所得溶液總質量=100g稀硫酸+氧化銅的質量+鐵的質量-析出的銅的質量（與鐵的質量相等）-氫氣質量，由于參加反應鐵的質量與析出固體的質量相等，所以，反應后所得溶液的總質量=100g稀硫酸+氧化銅的質量-氫氣質量．則最后得到溶液的質量分數為生成FeSO₄的總質量與反應后所得溶液總質量的比；
（3）因為鐵與硫酸銅反應生成銅，固體質量增加，根據加入Wg鐵粉，與硫酸銅反應后得到固體物質為Wg可知，鐵粉沒有完全反應，剩余的鐵粉與稀硫酸反應，最后得到的Wg固體物質為銅的質量，根據Wg銅完全來自氧化銅，故可以計算出W的值．

解答：解：（1）發生的反應有①CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O、②Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu、③Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，設含有xmolCuO，且反應③消耗ymolFe，
①CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
  xmol xmol    xmol
②Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu△m
  xmol  xmol      xmol  8xg
③Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，
ymol  ymol  
因反應前后固體質量不變，則有8x=56y，固體中肯定存在剩余的鐵粉，則硫酸應完全反應，則有x+y=

100×14%

98

=

14

98

，
解之得：x=

1

8

，y=

1

56

，所以m（CuO）=

1

8

mol×80g/mol=10g，
答：原先氧化銅的質量是10g；
（2）最后得到的溶液為FeSO₄，n（FeSO₄）=n（H₂SO₄）=

14

98

mol，則m（FeSO₄）=

14

98

mol×152g/mol=21.71g，
n（H₂）=

1

56

mol，m（H₂）=

1

28

g，
則溶液的質量為100g+10g+

1

28

g=109.96g，
最后得到溶液的質量分數=

21，71

109.96

×100%=19.73%，
答：最后得到的溶液中溶質的質量分數為19.73%；
（3）Wg銅完全來自氧化銅，根據質量守恒定律的元素守恒，則W=

64

80

×100%×10g=8g，
當W取值為等于或大于8g時，才能滿足加入鐵粉和得到固體質量相等的要求．
答：當W為8g時才能滿足加入的鐵粉和得到的固體質量相等．

點評：本題考查化學方程式的計算，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意分析固體質量不變的原因是解決本題的關鍵：要使加入的鐵粉和得到的固體質量相等必須使硫酸消耗多余的Fe，且消耗鐵粉的質量與置換出銅固體增加的質量相等．