Question

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
反应后剩余固体的质量/g	0	1.28	12.8	24.8

下列说法不正确的是

A.第①组溶液中c(Fe³⁺)=2.0mol/L

B.第②组剩余固体只有铜

C.第③④组反应后的滤液中c(Fe²⁺)=6mol/L

D.原混合粉末中n(Fe):n(Cu)=11:9

Answer

D

【解析】

先后发生两个反应： ①Fe+2Fe3+=3Fe2+  ② Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+；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，

13.2−1.28=11.92>11.2，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Fe、Cu合金中金属物质的量分别为xmol、ymol，

 Fe+2Fe3+=3Fe2+

 x   2x     

 Cu + 2Fe3+=Cu2++2Fe2+

0.2−x   0.4−2x    

依据铜元素守恒可得：(0.2−x)+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，

验证：利用③的数据，正好是24−11.2=12.8，所以只发生了 Fe+2Fe3+=3Fe2+，剩余的12.8全部为Cu，所以n(Fe):n(Cu)=（11.2÷56）：（12.8÷64）=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+，有三价铁离子物质的量计算判断，反应金属为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，所以反应后溶液中的二价铁离子的浓度C(Fe2+)=（0.2mol+0.4mol）÷0.1L=6mol/L，

A. 第①组溶液中c(Fe3+)=2.0mol/L，故A正确，但不符合题意；

B. 第②组剩余固体全是铜，故B正确，但不符合题意；

C. 第④组反应后的滤液中c(Fe2+)=6mol/L，故C正确，但不符合题意；

D. 原混合粉末中n(Fe):n(Cu)=1:1，故D错误，符合题意；

故选：D。