20（8分）探究小组欲从含有$\ce{FeCl_{3}}$、$\ce{CuCl_{2}}$的废液中回收金属铜，取一定量的废液样品加入少量铁粉，一段时间后铁粉完全溶解，但未发现红色固体沉积。出现这种现象的可能原因是
。经查阅资料得知：铁粉在废液中发生两个化学反应：①$\ce{2FeCl_{3} + Fe\xlongequal{\;\;}3FeCl_{2}}$，②$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$。探究小组另取废液，向废液中加入足量的铁粉至充分反应，溶液变为浅绿色，过滤、洗涤、干燥，称得固体沉积物的质量与加入铁粉的质量相等。
（1）固体沉积物的质量与加入铁粉的质量相等的原因是
。
（2）经测定，反应后得到铜的质量为$1.6\ \mathrm{g}$，其中，反应①消耗铁粉的质量是，反应②消耗铁粉的质量是。
。经查阅资料得知：铁粉在废液中发生两个化学反应：①$\ce{2FeCl_{3} + Fe\xlongequal{\;\;}3FeCl_{2}}$，②$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$。探究小组另取废液，向废液中加入足量的铁粉至充分反应，溶液变为浅绿色，过滤、洗涤、干燥，称得固体沉积物的质量与加入铁粉的质量相等。
（1）固体沉积物的质量与加入铁粉的质量相等的原因是
。
（2）经测定，反应后得到铜的质量为$1.6\ \mathrm{g}$，其中，反应①消耗铁粉的质量是，反应②消耗铁粉的质量是。
答案：20. 【解析】(1) $\ce{2FeCl_{3} + Fe\xlongequal{\;\;}3FeCl_{2}}$ 这一反应中固体质量减少；$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$ 这一反应中每 56 份质量的铁参加反应生成 64 份质量的铜,固体质量增加。当铁和氯化铁反应时固体减少的质量与铁和氯化铜反应时固体增加的质量相等时,固体沉积物的质量与加入铁粉的质量相等。(2) 设反应②消耗铁粉的质量为 x。
$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$
56 64
x 1.6 g
$\dfrac{56}{64}=\dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}\ \ \ x=1.4\ \mathrm{g}$
反应②固体增加的质量为 $1.6\ \mathrm{g}-1.4\ \mathrm{g}=0.2\ \mathrm{g}$。反应①消耗铁粉的质量=反应②固体增加的质量=0.2 g。
$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$
56 64
x 1.6 g
$\dfrac{56}{64}=\dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}\ \ \ x=1.4\ \mathrm{g}$
反应②固体增加的质量为 $1.6\ \mathrm{g}-1.4\ \mathrm{g}=0.2\ \mathrm{g}$。反应①消耗铁粉的质量=反应②固体增加的质量=0.2 g。
解析：
【分析】
首先明确铁粉加入含$\ce{FeCl_{3}}$、$\ce{CuCl_{2}}$的废液时，反应顺序为：铁粉先与$\ce{FeCl_{3}}$反应，再与$\ce{CuCl_{2}}$反应。当加入少量铁粉时，铁粉优先被$\ce{FeCl_{3}}$消耗，未参与$\ce{CuCl_{2}}$的反应，因此无铜析出。对于固体质量相等的问题，需分析两个反应的固体质量变化：反应①中固体$\ce{Fe}$溶解，固体质量减少；反应②中$\ce{Fe}$溶解、$\ce{Cu}$析出，每56份$\ce{Fe}$反应生成64份$\ce{Cu}$，固体质量增加。当反应①减少的固体质量等于反应②增加的固体质量时，最终固体质量与加入铁粉质量相等。计算时，先根据反应②的化学方程式，由生成$\ce{Cu}$的质量算出反应②消耗$\ce{Fe}$的质量，再通过反应②的固体质量变化得到反应①消耗$\ce{Fe}$的质量。
【解析】
1. 加入少量铁粉未析出红色固体的原因：铁粉先与废液中的$\ce{FeCl_{3}}$发生反应$\ce{2FeCl_{3} + Fe\xlongequal{\;\;}3FeCl_{2}}$，当铁粉量不足时，铁粉被$\ce{FeCl_{3}}$完全消耗，未与$\ce{CuCl_{2}}$发生反应$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$，因此没有红色铜析出。
2. （1）固体沉积物质量与加入铁粉质量相等的原因：反应①中固体$\ce{Fe}$溶解，固体质量减少；反应②中每56份质量的$\ce{Fe}$反应生成64份质量的$\ce{Cu}$，固体质量增加$64-56=8$份。当反应①中固体减少的质量与反应②中固体增加的质量相等时，最终固体沉积物（$\ce{Cu}$）的质量与加入铁粉的质量相等。
3. （2）计算反应②消耗铁粉的质量：设反应②消耗铁粉的质量为$x$。
$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$
56 64
x 1.6 g
$\dfrac{56}{64}=\dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$，解得$x=1.4\ \mathrm{g}$。
反应②中固体增加的质量为$1.6\ \mathrm{g}-1.4\ \mathrm{g}=0.2\ \mathrm{g}$，这部分增加的质量等于反应①中固体减少的质量，因此反应①消耗铁粉的质量为$0.2\ \mathrm{g}$。
【答案】
加入少量铁粉时，铁粉先与$\ce{FeCl_{3}}$反应，未与$\ce{CuCl_{2}}$反应，故无红色固体析出；（1）反应①固体减少的质量与反应②固体增加的质量相等；（2）$0.2\ \mathrm{g}$；$1.4\ \mathrm{g}$
【知识点】
金属的化学性质、化学方程式计算、固体质量变化分析
【点评】
本题考查金属与盐溶液的反应顺序及化学方程式的综合计算，需明确反应先后逻辑，分析固体质量变化的本质，计算时要结合两个反应的质量关系，难度适中，需细心梳理反应过程。
【难度系数】
0.5
首先明确铁粉加入含$\ce{FeCl_{3}}$、$\ce{CuCl_{2}}$的废液时，反应顺序为：铁粉先与$\ce{FeCl_{3}}$反应，再与$\ce{CuCl_{2}}$反应。当加入少量铁粉时，铁粉优先被$\ce{FeCl_{3}}$消耗，未参与$\ce{CuCl_{2}}$的反应，因此无铜析出。对于固体质量相等的问题，需分析两个反应的固体质量变化：反应①中固体$\ce{Fe}$溶解，固体质量减少；反应②中$\ce{Fe}$溶解、$\ce{Cu}$析出，每56份$\ce{Fe}$反应生成64份$\ce{Cu}$，固体质量增加。当反应①减少的固体质量等于反应②增加的固体质量时，最终固体质量与加入铁粉质量相等。计算时，先根据反应②的化学方程式，由生成$\ce{Cu}$的质量算出反应②消耗$\ce{Fe}$的质量，再通过反应②的固体质量变化得到反应①消耗$\ce{Fe}$的质量。
【解析】
1. 加入少量铁粉未析出红色固体的原因：铁粉先与废液中的$\ce{FeCl_{3}}$发生反应$\ce{2FeCl_{3} + Fe\xlongequal{\;\;}3FeCl_{2}}$，当铁粉量不足时，铁粉被$\ce{FeCl_{3}}$完全消耗，未与$\ce{CuCl_{2}}$发生反应$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$，因此没有红色铜析出。
2. （1）固体沉积物质量与加入铁粉质量相等的原因：反应①中固体$\ce{Fe}$溶解，固体质量减少；反应②中每56份质量的$\ce{Fe}$反应生成64份质量的$\ce{Cu}$，固体质量增加$64-56=8$份。当反应①中固体减少的质量与反应②中固体增加的质量相等时，最终固体沉积物（$\ce{Cu}$）的质量与加入铁粉的质量相等。
3. （2）计算反应②消耗铁粉的质量：设反应②消耗铁粉的质量为$x$。
$\ce{CuCl_{2} + Fe\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + Cu}$
56 64
x 1.6 g
$\dfrac{56}{64}=\dfrac{x}{1.6\ \mathrm{g}}$，解得$x=1.4\ \mathrm{g}$。
反应②中固体增加的质量为$1.6\ \mathrm{g}-1.4\ \mathrm{g}=0.2\ \mathrm{g}$，这部分增加的质量等于反应①中固体减少的质量，因此反应①消耗铁粉的质量为$0.2\ \mathrm{g}$。
【答案】
加入少量铁粉时，铁粉先与$\ce{FeCl_{3}}$反应，未与$\ce{CuCl_{2}}$反应，故无红色固体析出；（1）反应①固体减少的质量与反应②固体增加的质量相等；（2）$0.2\ \mathrm{g}$；$1.4\ \mathrm{g}$
【知识点】
金属的化学性质、化学方程式计算、固体质量变化分析
【点评】
本题考查金属与盐溶液的反应顺序及化学方程式的综合计算，需明确反应先后逻辑，分析固体质量变化的本质，计算时要结合两个反应的质量关系，难度适中，需细心梳理反应过程。
【难度系数】
0.5
21 (5分)某兴趣小组为测定镁铝合金(假设只含镁和铝两种金属)中各成分的质量分数,现做如下实验:取两份等质量的合金,一份与足量的稀盐酸反应产生$0.6\ \mathrm{g}\ \mathrm{H}_2$;另一份与足量的$\ce{NaOH}$溶液反应产生$0.2\ \mathrm{g}\ \mathrm{H}_2$。已知:$\ce{Mg}$与$\ce{NaOH}$溶液不反应,$\ce{Al}$与$\ce{NaOH}$溶液反应的化学方程式为$\ce{2Al + 2NaOH + 6H_{2}O\xlongequal{\;\;}2Na[Al(OH)_{4}] + 3H_{2}\uparrow}$。试计算:
(1) 合金中$\ce{Mg}$与稀盐酸反应产生$\ce{H_{2}}$的质量。
(2) 合金中$\ce{Al}$的质量分数。(结果精确到0.1%)
(1) 合金中$\ce{Mg}$与稀盐酸反应产生$\ce{H_{2}}$的质量。
(2) 合金中$\ce{Al}$的质量分数。(结果精确到0.1%)
答案：21. 解:(1) 设每份合金中 Al 的质量为 x,Al 与稀盐酸反应产生 $\ce{H_{2}}$ 的质量为 y。
$\ce{2Al + 2NaOH + 6H_{2}O\xlongequal{\;\;}2Na[Al(OH)_{4}] + 3H_{2}\uparrow}$
54 6
x 0.2 g
$\dfrac{54}{6}=\dfrac{x}{0.2\ \mathrm{g}}\ \ \ x=1.8\ \mathrm{g}$
$\ce{2Al + 6HCl\xlongequal{\;\;}2AlCl_{3} + 3H_{2}\uparrow}$
54 6
1.8 g y
$\dfrac{54}{6}=\dfrac{1.8\ \mathrm{g}}{y}\ \ \ y=0.2\ \mathrm{g}$
合金中 Mg 与稀盐酸反应产生 $\ce{H_{2}}$ 的质量为 $0.6\ \mathrm{g}-0.2\ \mathrm{g}=0.4\ \mathrm{g}$。
(2) 设每份合金中 Mg 的质量为 z。
$\ce{Mg + 2HCl\xlongequal{\;\;}MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
24 2
z 0.4 g
$\dfrac{24}{2}=\dfrac{z}{0.4\ \mathrm{g}}\ \ \ z=4.8\ \mathrm{g}$
合金中 Al 的质量分数为 $\dfrac{1.8\ \mathrm{g}}{1.8\ \mathrm{g}+4.8\ \mathrm{g}}×100\%\approx27.3\%$。
答:(1) 合金中 Mg 与稀盐酸反应产生 $\ce{H_{2}}$ 的质量为 0.4 g。
(2) 合金中 Al 的质量分数约为 27.3%。
$\ce{2Al + 2NaOH + 6H_{2}O\xlongequal{\;\;}2Na[Al(OH)_{4}] + 3H_{2}\uparrow}$
54 6
x 0.2 g
$\dfrac{54}{6}=\dfrac{x}{0.2\ \mathrm{g}}\ \ \ x=1.8\ \mathrm{g}$
$\ce{2Al + 6HCl\xlongequal{\;\;}2AlCl_{3} + 3H_{2}\uparrow}$
54 6
1.8 g y
$\dfrac{54}{6}=\dfrac{1.8\ \mathrm{g}}{y}\ \ \ y=0.2\ \mathrm{g}$
合金中 Mg 与稀盐酸反应产生 $\ce{H_{2}}$ 的质量为 $0.6\ \mathrm{g}-0.2\ \mathrm{g}=0.4\ \mathrm{g}$。
(2) 设每份合金中 Mg 的质量为 z。
$\ce{Mg + 2HCl\xlongequal{\;\;}MgCl_{2} + H_{2}\uparrow}$
24 2
z 0.4 g
$\dfrac{24}{2}=\dfrac{z}{0.4\ \mathrm{g}}\ \ \ z=4.8\ \mathrm{g}$
合金中 Al 的质量分数为 $\dfrac{1.8\ \mathrm{g}}{1.8\ \mathrm{g}+4.8\ \mathrm{g}}×100\%\approx27.3\%$。
答:(1) 合金中 Mg 与稀盐酸反应产生 $\ce{H_{2}}$ 的质量为 0.4 g。
(2) 合金中 Al 的质量分数约为 27.3%。
解析：
【分析】
本题是镁铝合金成分质量分数的计算问题，解题思路为：首先利用镁不与NaOH反应、铝与NaOH反应生成H₂的性质，通过铝与NaOH反应产生的H₂质量计算铝的质量；再结合铝与稀盐酸反应也会生成H₂的特点，算出铝与稀盐酸反应生成的H₂质量，用总H₂质量减去该值得到镁与稀盐酸反应生成的H₂质量；接着根据镁与稀盐酸反应的H₂质量计算镁的质量；最后用铝的质量除以合金总质量，得到铝的质量分数。
【解析】
解：(1) 设每份合金中Al的质量为x，Al与稀盐酸反应产生H₂的质量为y。
$\ce{2Al + 2NaOH + 6H_{2}O\xlongequal{\;\;}2Na[Al(OH)_{4}] + 3H_{2}\uparrow}$
54
本题是镁铝合金成分质量分数的计算问题，解题思路为：首先利用镁不与NaOH反应、铝与NaOH反应生成H₂的性质，通过铝与NaOH反应产生的H₂质量计算铝的质量；再结合铝与稀盐酸反应也会生成H₂的特点，算出铝与稀盐酸反应生成的H₂质量，用总H₂质量减去该值得到镁与稀盐酸反应生成的H₂质量；接着根据镁与稀盐酸反应的H₂质量计算镁的质量；最后用铝的质量除以合金总质量，得到铝的质量分数。
【解析】
解：(1) 设每份合金中Al的质量为x，Al与稀盐酸反应产生H₂的质量为y。
$\ce{2Al + 2NaOH + 6H_{2}O\xlongequal{\;\;}2Na[Al(OH)_{4}] + 3H_{2}\uparrow}$
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