Question

现有一种铜，氧化铁和炭的粉末状混合物，为测定该混合物中氧化铁的含量，某生取15g此样品置于烧杯中，分五次加入密度为1.10g/ml的硫酸溶液．有关数据记录如下表：

加硫酸溶液的序号	加硫酸溶液的体积/ml	剩余固体的质量/g
1	30.0	10.52
2	30.0	6.04
3	30.0	2.2
4	30.0	0.6
5	30.0	0.6

已知：在溶液中铜可与硫酸铁反应：Cu+Fe₂（SO₄）₃=CuSO₄+2FeSO₄，第 5次加入硫酸溶液后剩余的固体中不含铜．
（1）所用硫酸溶液溶质的质量分数
（2）15.0g此样品中铜的质量．
（3）样品中氧化铁的质量分数．

Answer

因为铜和炭都不能与硫酸反应，混合物中只有氧化铁与硫酸反应，而铜可以和硫酸铁反应，它们反应的化学方程式为：Fe2O3+3H2SO4═Fe2（SO4）3+3H2O 和Cu+Fe2（SO4）3═CuSO4+2FeSO4，所以其总的反应为：Fe2O3+Cu+3H2SO4═2FeSO4 +CuSO4+3H2O，由图表可知，第四次和第五次剩余固体的质量相等，所以可以判断在第四次加入稀硫酸后反应就已经完全，结合已知条件可以知道剩余的固体为炭的质量，即炭的质量为0.6g，分析所给数据可以知道第一次和第二次加入稀硫酸，消耗固体的质量都为4.48g，而第三次加入30mL稀硫酸后减少的质量为3.84g，而第四次减少的质量为1.6g，由于铜不能和稀硫酸反应，所以可以判断第四次加入稀硫酸反应的物质只有铁，即减少的质量为2.2g-0.6g=1.6g，即为铁的质量，同时结合题给的条件“第 5次加入硫酸溶液后剩余的固体中不含铜”可以判定在第三次加入稀硫酸时铜的量的不足，由于所给的物质的质量，都不是很明确，所以可以利用差量法来解答该题．
【解析】
根据题意可以知道发生的反应为：Fe2O3+3H2SO4═Fe2（SO4）3+3H2O 和Cu+Fe2（SO4）3═CuSO4+2FeSO4，所以其总的反应为：Fe2O3+Cu+3H2SO4═2FeSO4 +CuSO4+3H2O，
设30mL稀硫酸中含有溶质的质量为x，与30mL稀硫酸反应消耗氧化铁的质量为y，则：
Fe2O3+Cu+3H2SO4═2FeSO4 +CuSO4+3H2O  固体质量减少为：
160   64  294                          160+64=224     
y          x                        14.4g-10.52g=4.48g

解得：x=5.88g，y=3.2g；
（1）所用硫酸溶液溶质的质量分数为：×100%=17.8%；
（2）根据刚才的分析可以知道前三次加入稀硫酸，氧化铁都是足量的，所以前三次消耗的氧化铁的质量为：3.2g×3=9.6g，第四次消耗的氧化铁的质量为：2.2g-0.6g=1.6g，所以可以知道混合物中含氧化铁的质量为：9.6g+1.6g=11.2g，由于最后剩余的0.6g固体为炭的质量，所以铜的质量为：15g-0.6g-11.2g=3.2g；
（3）所以混合物中氧化铁的质量分数为：×100%=74.7%．
答：（1）所用硫酸溶液溶质的质量分数为17.8%；
（2）15.0g此样品中铜的质量为3.2g；
（3）样品中氧化铁的质量分数74.7%．
故答案为：
（1）17.8%；    
（2）3.2g；   
（3）74.7%．