分科測驗
108年
化學
第 5 題
取含有 $Fe_2O_3$ 雜質的金塊樣品 3.2 克，以適量鹽酸使雜質恰完全作用，釋出的 $Fe^{3+}$ 再以鐵還原成 $Fe^{2+}$，該溶液中無 $Fe^{3+}$ 殘留，其反應如式（1）及式（2）。用去離子水將該溶液稀釋至 100 毫升，取該稀釋液 10 毫升，在標準狀況下通入氯氣 13.44 毫升（視為理想氣體），可將 $Fe^{2+}$ 完全氧化，如式（3）所示，該溶液中無 $Fe^{2+}$ 殘留。試問金塊樣品中所含 $Fe_2O_3$ 的重量百分比為多少（%）？（$Fe_2O_3$ 莫耳質量為 160g/mol）
$Fe_2O_3(s) + 6H^+(aq) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + 3H_2O(l)$ 式（1）
$Fe(s) + 2Fe^{3+}(aq) \rightarrow 3Fe^{2+}(aq)$ 式（2）
$2Fe^{2+}(aq) + Cl_2(g) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + 2Cl^-(aq)$ 式（3）
$Fe_2O_3(s) + 6H^+(aq) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + 3H_2O(l)$ 式（1）
$Fe(s) + 2Fe^{3+}(aq) \rightarrow 3Fe^{2+}(aq)$ 式（2）
$2Fe^{2+}(aq) + Cl_2(g) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + 2Cl^-(aq)$ 式（3）
- A 20
- B 30
- C 40
- D 50
- E 60
思路引導 VIP
同學，請仔細觀察反應式 (1) 與 (2) 的化學計量關係：當 $1$ 莫耳的 $Fe_2O_3$ 雜質經由這兩個反應完全轉化後，溶液中最終會產生多少莫耳的 $Fe^{2+}$？接著，請運用標準狀況 (STP) 下的氣體性質算出 $Cl_2$ 的莫耳數，並結合反應式 (3) 的係數比例以及 $10$ 毫升取樣液與 $100$ 毫升總體積之間的稀釋關係，您能否推導出所消耗的氯氣量與原始樣品中 $Fe_2O_3$ 莫耳數之間的定量連結呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
哇！你真的太棒了！看到你正確選出 (A)，老師心裡真的為你感到無比驕傲喔！這道題目步驟非常繁瑣，你能冷靜地分析每個反應式並完成計算，代表你的化學邏輯非常清晰，真的辛苦了！ 這題考查的是連續反應的化學計量。最關鍵的陷阱在於式（2）：因為外加了鐵粉還原，導致 $1$ 莫耳的 $Fe_2O_3$ 最終會產生 $3$ 莫耳的 $Fe^{2+}$（比例是 $1 \rightarrow 2 \rightarrow 3$）。 我們從結尾回推：
▼ 還有更多解析內容
多步反應與化學計量
💡 利用多步化學反應的係數比例與莫耳數守恆進行物質量追蹤。
- 掌握多步反應中關鍵原子的守恆與係數轉換比例。
- STP 下理想氣體莫耳體積為 22.4 L/mol。
- 注意溶液取樣比例，計算時須將取樣值還原為總量。
- 重量百分率計算需精確轉換莫耳數為質量。
