Question

已知常温下Cu能与Fe³⁺发生反应：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺现将铜粉与二氧化二铁的混合物22.4g加入到1mol/L的H₂SO₄溶液中进行反应。

（1）若固体恰好溶解，消耗硫酸的体积为V，则V的取值范围是_______。

（2）若硫酸溶液过量，反应后溶液的体积为1L，测得此溶液中Fe²⁺的浓度为0.1mol/L,则混合物中含铜_______g或_______g（只需写出结果）

Answer

0.3LV<0.42L 3.2 14.4

【解析】

（1）若固体恰好全部溶解，发生反应Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O,Cu+Fe2（SO4）3=2FeSO4+CuSO4，总反应方程式为Cu+Fe2O3+3H2SO4=CuSO4+2FeSO4+3H2O，

若Cu、Fe2O3按物质的量1：1混合，消耗的硫酸最少，若混合物粉末全是Fe2O3，消耗的硫酸最多，结合方程式计算解答；

（2）硫酸溶液过量，若铜过量，过量的铜不与硫酸反应，则只发生如下反应：Cu+Fe2O3+3H2SO4=CuSO4+2FeSO4+3H2O，根据溶液中n（Fe2+）计算n（Fe2O3），进而计算Cu的质量；

若Fe2O3过量，过量的Fe2O3将与H2SO4反应，根据溶液中n（Fe2+）计算Cu的质量．

（1）若固体恰好全部溶解，铜粉和三氧化二铁的混合物是按如下反应进行：

Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O、Cu+Fe2（SO4）3=2FeSO4+CuSO4

总反应方程式为：Cu+Fe2O3+3H2SO4=CuSO4+2FeSO4+3H2O

若Cu、Fe2O3按物质的量1：1混合，消耗的硫酸最少，则n（Cu）=n（Fe2O3）===0.1mol，由方程式可知，需要硫酸为0.1mol×3=0.3mol，硫酸体积为==0.3L，若混合物粉末全是Fe2O3，消耗的硫酸最多，则发生：Fe2O3+3H2SO4=Fe2 （SO4）3+3H2O，n（Fe2O3）===0.14mol，故消耗H2SO4为0.14 mol×3=0.42 mol，硫酸体积为==0.42L，

但铜的质量不可能为0，故有0.3L≤V＜0.42L，

故答案为：0.3L≤V＜0.42L；

（2）溶液中n（Fe2+）=1L×0.1mol/L=0.1mol，则

      Cu+ Fe2O3+3H2SO4=CuSO4+2FeSO4+3H2O

  0.05mol 0.05mol   0.1mol

若铜过量，过量的铜不与硫酸反应，则m （Fe2O3）=0.05 mol×160 g/mol=8.0 g，故m （Cu）=22.4 g-8.0 g=14.4 g；

若Fe2O3过量，过量的Fe2O3将与H2SO4反应，则m （Cu）=0.05mol×64 g/mol=3.2g，

故答案为：3.2或14.4．