Question

11．將某CuO和銅粉的混合物樣品加入混有H₂SO₄的Fe₂（SO₄）₃溶液中，樣品完全溶解時（溶液體積為1L），溶液中Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、H⁺四種離子物質(zhì)的量之比為1：4：3：1（不考慮鹽的水解及溶液體積的變化）．若測得反應(yīng)后溶液的pH=1，求：
（1）CuO的質(zhì)量；
（2）原溶液中H₂SO₄的物質(zhì)的量濃度．

Answer 1

分析 （1）先根據(jù)溶液的pH計算出溶液中氫離子的濃度，根據(jù)溶液中Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、H⁺的物質(zhì)的量之比計算出溶液中各離子的濃度，根據(jù)n=cV計算Cu²⁺的物質(zhì)的量，根據(jù)Cu原子守恒計算CuO物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計算CuO質(zhì)量；
（2）根據(jù)電荷守恒計算反應(yīng)后溶液中硫酸根離子的濃度，根據(jù)鐵元素質(zhì)量守恒計算出原溶液中鐵離子的物質(zhì)的濃度及硫酸鐵電離產(chǎn)生的硫酸根離子的濃度，進(jìn)而計算硫酸的物質(zhì)的量濃度．

解答 解：（1）溶液的pH=1，則氫離子濃度為：c（H⁺）=0.1mol/L，
根據(jù)c=$\frac{n}{V}$可知，物質(zhì)的量之比等于物質(zhì)的量濃度之比，則反應(yīng)后的溶液中：
c（Fe³⁺）=c（H⁺）=0.1mol/L，
c（Fe²⁺）=4c（H⁺）=0.4mol/L，
c（Cu²⁺）=3c（H⁺）=0.3mol/L，
由Cu原子守恒n（CuO）=（Cu²⁺）=1L×0.3mol/L=0.3mol，故m（CuO）=0.3mol×64g/mol=19.2g，
答：CuO的質(zhì)量為19.2g；
（2）根據(jù)電荷守恒可得：3c（Fe³⁺）+c（H⁺）+2c（Fe²⁺）+2c（Cu²⁺）=2c（SO₄^2-），所以溶液中硫酸根離子濃度為：c（SO₄^2-）=$\frac{1}{2}$[3c（Fe³⁺）+c（H⁺）+2c（Fe²⁺）+2c（Cu²⁺）]=$\frac{1}{2}$×[0.1mol/L×3+0.4mol/L×2+0.1mol/L×1+0.3mol/L×2]=0.9mol/L，
根據(jù)鐵元素守恒，總的鐵離子的物質(zhì)的量濃度為：0.1mol/L+0.4mol/L=0.5mol/L，則原硫酸鐵中硫酸根離子的濃度為：0.5mol/L×$\frac{3}{2}$=0.75mol/L，
原溶液中硫酸的物質(zhì)的量濃度為：0.9mol/L-0.75mol/L=0.15mol/L，
答：原溶液中H₂SO₄的物質(zhì)的量濃度為0.15mol/L．

點評 本題考查了有關(guān)混合物組成的計算，題目難度中等，注意利用電荷守恒、原子守恒進(jìn)行計算．