将一块铜板浸泡在一定浓度的FeCl3溶液中一段时间后取出，得到一混合溶液，某校化学兴趣小组的同学为分析该混合溶液的组成，进行了如下实验：①取50.0mL混合溶液，向其中加入足量

Question

将一块铜板浸泡在一定浓度的FeCl ₃ 溶液中一段时间后取出，得到一混合溶液，某校化学兴趣小组的同学为分析该混合溶液的组成，进行了如下实验：
①取50.0mL混合溶液，向其中加入足量的AgNO ₃ 溶液，得白色沉淀，过滤、干燥、称量，沉淀质量为86.1 g；
②另取50.0mL混合溶液，向其中加入1.40 g铁粉，结果铁粉全部溶解但未见固体析出；
③再取50.0mL混合溶液，向其中加入20.0 mL稀硝酸，得到一种无色气体，其体积换算成标准状况时为0.448 L；
请根据以上实验中得到的数据分析计算：
⑴ 原FeCl ₃ 溶液物质的量浓度(反应过程中过程中溶液体积的变化忽略不计)；
⑵ 所得混合溶液中 c (Cu ²⁺ )的取值范围；
⑶ 若要进一步求得混合溶液中 c (Cu ²⁺ )的具体数值，在只单独使用AgNO ₃ 溶液、铁粉
或稀硝酸的前题下，还可测出哪些数据，必须进行哪些实验？

Answer 1

⑴ 原FeCl ₃ 溶液中 c (FeCl ₃ )＝
⑵50.0mL混合溶液中 n  (Cu ^{2 ＋} )的取值范围为：［0.600 mol/L，1.50 mol/L］
⑶ 还可测出50.0mL混合溶液中 n  (Fe ^{2 ＋} )的值，应进行的实验是向50.0mL混合溶液中加入足量的稀硝酸，测出生成的气体体积（标准状况）。

⑴ 由I得50.0mL混合溶液中 c (Cl ^－ )＝   
所以原FeCl ₃ 溶液中 c (FeCl ₃ )＝    
⑵ Ⅱ中加入1.4gFe无固体剩余，即发生的反应为：Fe＋2Fe ^{3 ＋} ＝3Fe ^{2 ＋}
所以50.0mL混合溶液中至少含有Fe ^{3 ＋} ：   
Ⅲ中加入20.0mL稀硝酸后产生的气体为NO，反生的反应为
3Fe ^{2 ＋} ＋4H ^＋ ＋NO ₃ ^－ ＝3Fe ^{3 ＋} ＋NO↑＋2H ₂ O
即50.0mL混合溶液中至少含有Fe ^{2 ＋} ：    
50.0mL混合溶液中根据铁元素守恒有：
n  (Fe ^{2 ＋} ) ＋  n  (Fe ^{3 ＋} ) ＝ 4.0 mol/L×0.05L＝ 0.20 mol         
根据电荷守恒有：3 n  (Fe ^{3 ＋} )＋2 n  (Fe ^{2 ＋} )＋2 n  (Cu ^{2 ＋} )＝ n  (Cl ^－ )＝
当 n  (Fe ^{3 ＋} ) 有最小值时， n  (Fe ^{2 ＋} )、 n  (Cu ^{2 ＋} )有最大值，且由上述两等式可求得
n  (Cu ^{2 ＋} )的最大值为0.075 mol                             
当 n  (Fe ^{2 ＋} )有最小值时， n  (Fe ^{3 ＋} ) 有最大值， n  (Cu ^{2 ＋} )有最小值，同样可求得
n  (Cu ^{2 ＋} )的最小值为0.03 mol                              
所以，50.0mL混合溶液中 n  (Cu ^{2 ＋} )的取值范围为：［0.600 mol/L，1.50 mol/L］
⑶ 还可测出50.0mL混合溶液中 n  (Fe ^{2 ＋} )的值，应进行的实验是向50.0mL混合溶液中加入足量的稀硝酸，测出生成的气体体积（标准状况）。