Question

17．為確定CuO和Fe₂O₃混合粉末中氧化鐵的含量，某同學做了如下實驗并得到相應數據：取W g該混合物在H₂流中加熱，充分反應后，得到的殘留固體的質量為（W-5.6）g；另取W g該混合物用足量的稀硫酸溶解，之后加入50g鐵屑，反應共生成1.12L（標準狀況）氣體，濾出固體殘留物并洗滌，烘干，稱得其質量為42g．計算混合物中Fe₂O₃的質量分數．

Answer 1

分析 Wg該混合物在H₂流中加熱，充分反應后，減少的質量為混合物中氧元素的質量，則混合物中含有氧元素的物質的量為：$\frac{5.6g}{16g/mol}$=0.35mol；
另取Wg該混合物用足量的稀硫酸溶解，反應生成硫酸銅和硫酸鐵，之后加入50g鐵屑，反應共生成1.12L（標準狀況）氣體，該氣體為氫氣，濾出固體殘留物并洗滌，烘干，稱的其質量為42g，該殘留物為Fe和Cu的混合物，固體加入的鐵屑的質量減少了（50-42）g=8g，反應前后固體質量變化的原因為：生成氫氣消耗Fe、與鐵離子反應消耗鐵及Fe與銅離子反應生成銅的質量差，設原混合物中CuO和Fe₂O₃的物質的量分別為x、y，根據氧元素守恒可知：x+3y=0.35，根據加入鐵屑后固體質量變化可得：56（y+$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$）-8x=8，據此進行計算出氧化銅、氧化鐵的物質的量，再根據m=nM計算出混合物總質量，從而可計算出原混合物中氧化鐵的質量分數．

解答 解：取W g該混合物在H₂流中加熱，充分反應后，得到的殘留固體的質量為（W-5.6）g，減少的質量為混合物中氧元素的質量，則混合物中含有氧元素的物質的量為：$\frac{5.6g}{16g/mol}$=0.35mol；
另取W g該混合物用足量的稀硫酸溶解，反應生成硫酸銅和硫酸鐵，之后加入50g鐵屑，反應共生成1.12L（標準狀況）氣體，該氣體為氫氣，濾出固體殘留物并洗滌，烘干，稱的其質量為42g，該殘留物為Fe和Cu的混合物，固體加入的鐵屑的質量減少了（50-42）g=8g，反應前后固體質量變化的原因為：生成氫氣消耗Fe、與鐵離子反應消耗鐵及Fe與銅離子反應生成銅的質量差，
設原混合物中CuO和Fe₂O₃的物質的量分別為x、y，
根據氧元素守恒可知：x+3y=0.35，
根據加入鐵屑后固體質量變化可得：56（y+$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$）-8x=8，
聯立解得：x=0.05mol、y=0.1mol，
則原混合物中含有氧化鐵的物質的量為0.1mol，質量為：160g/mol×0.1mol=16g，
原混合物中含有氧化銅的質量為：80g/mol×0.05mol=4g，
所以原混合物中氧化鐵的質量分數為：$\frac{16g}{16g+4g}$×100%=80%，
答：混合物中Fe₂O₃的質量分數為80%．

點評 本題考查了混合物反應的計算，題目難度中等，明確反應后前后質量不會的根本原因為解答關鍵，注意掌握差量法在化學計算中的應用，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．