今有一包铁粉和铜粉混合粉末,为确定其组成,现提供4mol/L的FeCl3溶液(其他用品略),某合作学习小组同...
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今有一包铁粉和铜粉混合粉末,为确定其组成,现提供4mol/L的FeCl3溶液(其他用品略),某合作学习小组同学的实验结果如下(假定反应前后溶液体积不变)
组别 | ① | ② | ③ | ④ |
V[FeCl3(aq)]/mL | 100 | 100 | 100 | 100 |
混合粉末质量/g | 6 | 13.2 | 24 | 36 |
反应后剩余固体质量/g | 0 | 1.28 | 12.8 | 24.8 |
A. 第①组溶液中c(Fe3+)=3.0mol/L B. 第②组剩余固体是铜铁混合物
C. 第④组反应后的滤液中c(Fe2+)=6mol/L D. 原混合粉末中n(Fe):n(Cu)=3:2
【回答】
【*】C
【解析】根据氧化还原反应的规律,铁离子与Fe、Cu都能反应,按照还原*强弱,铁的还原*强于铜,所以三价铁先和铁反应再与铜反应,Fe+2Fe3+=3Fe2+,Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+;能剩余的固体可以是铜,可以是铁和铜,从②组数据中可以得出,FeCl3溶液全部参与反应,假设只发生第一个反应,则溶解的Fe的质量为11.2g,13.2g-1.28g=11.92g>11.2g,所以同时也有一部分Cu溶解,剩余的固体全部为Cu;利用②的数据,设Cu、Fe合金中金属的物质的量分别为xmol、ymol,则根据方程式可知
Fe+2Fe3+=3Fe2+
x 0.2x
Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+
0.2-0.1x 0.4-0.2x
依据铜元素守恒可得:(0.2-0.1x)+1.28/64=y,根据质量守恒可得:56x+64y=13.2,联立解得:x=y=0.11,即铜与铁物质的量比是1:1。验*:利用③的数据,正好是24g-11.2g=12.8g,所以只发生了Fe+2Fe3+=3Fe2+,剩余的12.8全部为Cu,所以n(Fe):n(Cu)=(11.2g÷56g/mol):(1.28g÷64g/mol)=1:1,符合铁和铜的物质的量之比的判断;①组,6g固体中含有Cu、Fe的物质的量各为0.05mol
Fe+2Fe3+=3Fe2+
0.05 0.1 0.15
Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+
0.05 0.1 0.05 0.1
c(Fe3+)=(0.4mol−0.2mol)÷0.1L=2.0mol/L;④组中铁和铜物质的量按照1:1混合,可以计算得到铁和铜的物质的量都为:36g÷(56+64)g/mol=0.3mol,36g金属中铁的质量为:0.3mol×56g/mol=16.8g,铜的质量为19.2g;依据反应Fe+2Fe3+=3Fe2+,由三价铁离子物质的量计算判断,反应的金属为11.2g铁,所以剩余固体为铁和铜,三价铁全部反应,根据铁元素守恒可知,0.4molFe3+全部反应生成Fe2+,溶解的铁为11.2g,物质的量为:11.2g÷56g/mol=0.2mol,所以反应后溶液中Fe2+的浓度为:c(Fe2+)=(0.2mol+0.4mol)÷0.1L=6mol/L,则A、第①组溶液中c(Fe3+)=2.0mol/L,A错误;B、第②、③组剩余固体全是铜,B错误;C、第④组反应后的滤液中c(Fe2+)=6mol/L,C正确;D、原混合粉末中n(Fe):n(Cu)=1:1,D错误;*选C。
点睛:本题考查了铁及其化合物的*质应用,主要是实验数据的分析判断和计算,题目难度较大,关键是通过②判断剩余固体为铜,通过计算得到铁和铜的物质的量之比,③④剩余固体便顺利判断成分,进而依据化学方程式或元素守恒计算,题目综合*较大,数据处理较复杂。
知识点:金属元素的单质及其化合物
题型:选择题
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