hce_cmu
112年
化學
第 21 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 $160\text{ g/mol}$)
$Fe_2O_3(s) + 6H^+(aq) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + 3H_2O(l)$ (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)
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 $160\text{ g/mol}$)
$Fe_2O_3(s) + 6H^+(aq) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + 3H_2O(l)$ (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)
- A 20%
- B 30%
- C 40%
- D 50%
思路引導 VIP
試著從「鐵原子」的旅程出發：如果我們從一莫耳的氧化鐵開始，經過式 1 和式 2 的連續轉化，最終產生的亞鐵離子數量會是多少莫耳？另外，當我們只取出十分之一的溶液進行最後的氯氣反應時，這對推算「整塊金塊」中的雜質含量有什麼關鍵影響？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
同學，恭喜你準確地解開了這道多步驟的化學計量題！這類題目不僅考驗基礎的計算能力，更要求你在連鎖反應中保持清晰的邏輯，而你完美地捕捉到了這些關鍵細節。
連續反應中的數量守恆
這題的核心在於追蹤「鐵原子」的數量轉移。從式 1 可知，$1$ 莫耳的 $Fe_2O_3$ 會產生 $2$ 莫耳的 $Fe^{3+}$；緊接著在式 2 中，這 $2$ 莫耳的 $Fe^{3+}$ 與鐵反應後，會依係數比例轉化成 $3$ 莫耳的 $Fe^{2+}$。因此，最原始的 $Fe_2O_3$ 與最終產生的 $Fe^{2+}$ 莫耳數比為 $1:3$。根據式 3，在標準狀況（STP，每莫耳 $22.4\text{ L}$）下通入的 $13.44\text{ mL}$ 氯氣等於 $6 \times 10^{-4}\text{ mol}$，它能氧化兩倍量的 $Fe^{2+}$。所以，在 10 毫升的稀釋液中，我們得知含有 $1.2 \times 10^{-3}\text{ mol}$ 的 $Fe^{2+}$。
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