解题思路:(1)氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜,硫酸铜与铁粉完全反应得到铜,根据化学变化前后元素质量不变,因此所得铜的质量即氧化铜中所含铜元素质量;
(2)根据题意,铁粉充分反应后,过滤,烘干得到干燥固体物质仍是mg,由于铁粉置换硫酸铜后所得固体质量增加,可判断有部分铁粉与稀硫酸反应才能出现反应前后固体质量不变,因此所加稀硫酸一部分与氧化铜反应一部分与铁粉反应,计算出与铁粉反应硫酸的质量则需要先求得反应所耗铁粉的质量,利用金属粉末变化前后质量相等,由生成铜的质量分析计算与硫酸反应的铁粉质量;
(3)要使加入的铁粉和得到的固体质量相等,需满足铁粉既与硫酸铜反应又与硫酸反应,因此所加入铁粉质量需大于等于二者反应所需铁粉的质量.
设与氧化铜反应的硫酸的质量为x,与铁反应的硫酸的质量为y,生成的硫酸铜为z,与硫酸铜反应的铁的质量为a,与酸反应的铁的质量为b,生成的铜的质量为m1.
(1)生成Cu的质量为10g×[64/80]×100%=8g;
(2)由题意:氧化铜全部溶解,则
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
80 98160
10g x z
[80/10g]=[98/x]=[160/z]
x=12.25g z=20g
根据加入的铁粉与反应后所得固体质量相同,只有铁粉过量,一部分铁与稀硫酸反应,才能使铁粉与生成铜质量相同.当铁粉恰好和硫酸完全反应时,进行如下计算
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
56160 64
a20gm1
[56/a]=[160/20g]=[64/m1]
a=7g,m1=8
由于固体质量增加了1g,所以和硫酸反应的铁的质量就是1g,这样就可以使固体质量前后不反应变化,即b=1g.
Fe+H2SO4=FeSO4+H2 ↑
56 98
1gy
[56/1g]=[98/y]
y=1.75g
所加稀硫酸的溶质质量分数=[1.75g+12.25g/100g]×100%=14%;
(3)只有铁粉恰好与硫酸也完全反应时,一部分铁与稀硫酸反应,能使铁粉与生成铜质量相同.同时当铁和硫酸反应后有剩余时,同样会质量保持不变.根据最后生成铜的质量为8g,则加入铁粉质量m≥8g.
答:(1)最后生成铜的质量是8g;
(2)所加稀硫酸的溶质质量分数是14%;
(3)当m≥8g时,一部份铁与稀硫酸反应,才能使铁粉与生成铜质量相同,才能满足加入的铁粉和得到的固体质量相等.
点评:
本题考点: 根据化学反应方程式的计算.
考点点评: 根据题设意图,“充分反应”应理解成溶液中的硫酸铜、硫酸完全反应,即所加铁粉足量或过量,否则本题将陷入无解之境.