化学自习室移动版

 　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⁺①
　　2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺②
　　Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺③
　　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=时，只发生反应①。
　　(3)当c＞时，只发生反应①和③，且①先于③。
　　(4)当c＜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(+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=+b，则只发生反应①③，无Cu²⁺；
　　Ⅱ、若满足＜c＜+b，只发生反应①③，有Cu²⁺，其物质的量为(b-c+)mol，且小于bmol；
　　Ⅲ、若满足c＜＜c+d，只发生反应①②，有Cu²⁺，其物质的量仍为(b-c+)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-)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-)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=+b，只发生反应①③，无Fe；
　　Ⅱ、若满足c＞+b，只发生反应①③，有Fe，其物质的量为(c--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wg，则消耗的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wg，即固体只反应了wg＜wg，则说明反应中Zn未反应完(因Zn、Fe、Cu各为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　　　　　　　　　   wg
　　可解得x=w(g)＞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＜
Ⅲ、 c＜

　　(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=2cmol；Cl₂接着与Fe²⁺反应，Fe²⁺消耗完时c的取值范围是a＜c＜，被氧化的离子=(2c-2a)mol；Cl₂最后与Br^-反应，Br^-消耗完时c的取值范围是 c＜，被氧化的离子=(2c-3a-b)mol。
　　(2)根据题中的条件，=(a+b)mol，=2amol。当氧化I^-、Fe²⁺时，共消耗Cl₂的物质的量为mol；当氧化Br^-时，消耗Cl₂的物质的量为2(c-)mol，即(2c-3a-b)mol。