化学自习室移动版

首页>必修一>铝铁铜与金属材料>方法与规律6>

铁铜合金与氯化铁反应情况讨论

  一、问题的提出
  将amolFe3+、bmolCu2+、cmolFe和dmolCu混合于同一反应体系(溶液)中,充分反应后会产生什么样的结果呢?
  上述物质可能会发生如下反应:
  2Fe3++Fe=3Fe2+
  2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
  Cu2++Fe=Cu+Fe2+
  1、根据次序规律与“量”的关系可知:
  (1)无论a、b、c、d取何值,反应①②③不可能都同时发生。
  (2)当c=铁铜合金与氯化铁反应情况讨论时,只发生反应①。
  (3)当c>铁铜合金与氯化铁反应情况讨论时,只发生反应①和③,且①先于③。
  (4)当c<铁铜合金与氯化铁反应情况讨论时,只发生反应①和②,且①先于②。
  2、根据反应后不溶物的成分与“量”的关系可知:
  (1)不溶物的成分不可能只有Fe。
  (2)当不溶物的成分是Fe和Cu时,发生反应①和③,且溶液中一定无Fe3+和Cu2+,一定有Fe2+,其物质的量为(铁铜合金与氯化铁反应情况讨论+b)mol。
  (3)当不溶物成分只有Cu时,可能发生反应①②或③,且溶液中一定无Fe2+,一定有Fe3+,其物质的量为(a+c)mol。有否Cu2+,需分别按下述三种情况来确定:
  Ⅰ、若满足c=铁铜合金与氯化铁反应情况讨论+b,则只发生反应①③,无Cu2+
  Ⅱ、若满足铁铜合金与氯化铁反应情况讨论<c<铁铜合金与氯化铁反应情况讨论+b,只发生反应①③,有Cu2+,其物质的量为(b-c+铁铜合金与氯化铁反应情况讨论)mol,且小于bmol;
  Ⅲ、若满足c<铁铜合金与氯化铁反应情况讨论<c+d,只发生反应①②,有Cu2+,其物质的量仍为(b-c+铁铜合金与氯化铁反应情况讨论)mol,但大于bmol。
  3、根据反应后溶液的成分与“量”的关系可知:
  (1)当溶液中有Fe3+时,只发生反应①②,必定有Cu2+和Fe2+,无不溶物。
  (2)当溶液中只有Cu2+和Fe2+时,可能发生反应①②或③,且不溶物中一定无Fe。有否Cu,需分别按下述三种情况来确定:
  Ⅰ、满足a=2c+2d,只发生反应①②,无Cu;
  Ⅱ、若满足2c<a<2c+2d,只发生反应①②,有Cu,其物质的量为(d+c-铁铜合金与氯化铁反应情况讨论)mol,且小于dmol;
  Ⅲ、若满足a<2c<2c+2d,只发生反应①③,有Cu,其物质的量仍为(d+c-铁铜合金与氯化铁反应情况讨论)mol,但大于dmol。
  (3)当溶液中只有Fe2+时,只发生反应①③,不溶物一定有Cu,其物质的量为(b+d)mol。有否Fe,需分别按下述两种情况来确定;
  Ⅰ、若满足c=铁铜合金与氯化铁反应情况讨论+b,只发生反应①③,无Fe;
  Ⅱ、若满足c>铁铜合金与氯化铁反应情况讨论+b,只发生反应①③,有Fe,其物质的量为(c-铁铜合金与氯化铁反应情况讨论-b)mol。
  二、运用
  [例1]将铜、铁、锌三种金属粉末以等质量混合起来,从中取wg,加入FeCl3和盐酸的混合溶液中,充分反应后
  (1)若无固体粉末剩余,则溶液中的阳离子一定有    ,可能有    
  (3)若剩余固体粉末铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg,则溶液中的阳离子一定有    ,可能有    ,一定没有    
  (3)若剩余固体粉末铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg,则溶液中的阳离子一定有    ,一定没有    
  分析与解答:本题涉及的反应方程式多,难度大。解题时应搞清能发生的反应,利用氧化还原反应的次序规律及“量”的关系进行分析、推断,最后得出正确的结论。
  依题意知,三种金属加入FeCl3和盐酸的混合溶液后,Cu、Fe、Zn都能与FeCl3溶液反应,Fe、Zn能与盐酸反应,Cu不能与盐酸反应,涉及的离子方程式有Zn+2H+=Zn2++H2↑、Fe+2H+=Fe2++H2↑、Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+、Fe+2Fe3+=3Fe2+、Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+,若金属过量,还会有Zn+Cu2+=Zn2++Cu、Fe+Cu2+=Fe2++Cu。依次序规律及上述反应可知,氧化性强弱的次序为Fe3+>H+,还原性强弱的次序为Zn>Fe>Cu。由此可知,在混合物中若某一反应物有剩余,则它所对应的另一反应物就不可能存在。
  (1)若无固体粉末剩余,则以上5个反应都会发生,溶液中的阳离子一定有Fe2+、Zn2+、Cu2+,可能还有Fe3+、H+
  (2)若剩余固体粉末铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg,则消耗的铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg是Fe和Zn,这剩余的固体只能是Cu(因Cu的还原性在三种金属中最弱),溶液中一定没有Fe3+。又因有铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg未参加反应(即溶液中也无Cu2+),故溶液中的阳离子一定有Fe2+、Zn2+,可能还有H+,一定没有Fe3+、Cu2+
  (3)若剩余固体粉末铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg,即固体只反应了铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg<铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg,则说明反应中Zn未反应完(因Zn、Fe、Cu各为铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg)。既然金属都有剩余,溶液中就一定没有H+、Fe3+。Zn会不会把Fe2+还原成Fe,而导致溶液中不存在Fe2+呢?这应进行如下讨论:
假定Zn把Fe2+全部还原成Fe,且设Zn的质量为x,则依
  3Zn+2Fe3+=3Zn2++2Fe △w
  195        112 83
   x            铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg
  可解得x=铁铜合金与氯化铁反应情况讨论w(g)>铁铜合金与氯化铁反应情况讨论wg。
  可见,Zn不可能把Fe2+全部变成Fe。在这种情况下,溶液中的阳离子一定有Zn2+、Fe2+,一定没有H+、Fe3+、Cu2+
  [例2]已知:①2Fe3++2I-=2Fe2++I2;②2Fe2++Br2=2Br-+2Fe3+;③2Br-+Cl2=2Cl-+Br2。现向含有amolFeI2和bmolFeBr2的混合溶液中逐渐通入cmolCl2,反应随Cl2的通入明显分为几个阶段进行。
  (1)试分别填写在c值增大的过程中在不同的c值范围内被氧化的离子的物质的量:

反应物的量之间的关系

被氧化的离子

被氧化离子的物质的量(用含c的表达式表示)

Ⅰ、0<c≤a     
Ⅱ、a<c<铁铜合金与氯化铁反应情况讨论    
Ⅲ、铁铜合金与氯化铁反应情况讨论 c<铁铜合金与氯化铁反应情况讨论    

  (2)写出Ⅲ情景下的计算、推理过程。
  分析与解答:本题有一定的难度。不过,只要认真分析题意,便不难发现,其解答的关键仍然是不能忽视氧化还原反应的次序规律。抓住了次序规律与“量”的关系,题中的问题便可迎刃而解。
  依题给反应方程式和次序规律可知,氧化性强弱的次序为Cl2>Fe3+>Br2>I2,还原性强弱的次序为I->Fe3+>Br->Cl-。又知,amolFeI2和bmolFeBr2的混合溶液中含有(a+b)molFe2+、2amolI-和2bmolBr-
  (1)当逐渐通入cmolCl2时,Cl2先与I-反应,I-消耗完时c的取值范围是0<c≤a,被氧化的离子铁铜合金与氯化铁反应情况讨论=2cmol;Cl2接着与Fe2+反应,Fe2+消耗完时c的取值范围是a<c<铁铜合金与氯化铁反应情况讨论,被氧化的离子铁铜合金与氯化铁反应情况讨论=(2c-2a)mol;Cl2最后与Br-反应,Br-消耗完时c的取值范围是铁铜合金与氯化铁反应情况讨论 c<铁铜合金与氯化铁反应情况讨论,被氧化的离子铁铜合金与氯化铁反应情况讨论=(2c-3a-b)mol。
  (2)根据题中的条件,铁铜合金与氯化铁反应情况讨论=(a+b)mol,铁铜合金与氯化铁反应情况讨论=2amol。当氧化I-、Fe2+时,共消耗Cl2的物质的量为铁铜合金与氯化铁反应情况讨论mol;当氧化Br-时,消耗Cl2的物质的量为2(c-铁铜合金与氯化铁反应情况讨论)mol,即(2c-3a-b)mol。

(责任编辑:)
说点什么吧
  • 全部评论(0
    还没有评论,快来抢沙发吧!