Question

3．準確稱取5克鋁土礦（含Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃，SiO₂）樣品，放入盛有50克某質量分數(shù)的硫酸溶液的燒杯中，充分反應后過濾，再向濾液中加入20%的氫氧化鈉溶液，產(chǎn)生沉淀的質量與所加入的氫氧化鈉溶液質量的關系如右圖所示．試求：
（1）硫酸溶液的溶質質量分數(shù)為多少？19.6%
（2）鋁土礦中含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂各多少？2.04克、
1.6克、1.36克
[提示：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O   NaAlO₂易溶于水]．

Answer 1

分析 （1）利用硫酸與Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃反應后生成Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，再有它們與氫氧化鈉反應生成沉淀，就轉化成了硫酸與NaOH反應，對硫酸的溶質質量分數(shù)進行求解．
（2）利用化學方程式結合圖象中的兩個關鍵點：消耗40g氫氧化鈉是沉淀的最大值；沉淀減少時主要的是發(fā)生的Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，消耗氫氧化鈉的質量是8g，再結合質量守恒定律及關系式法分析解決即可

解答 解：（1）Al₂O₃、Fe₂O₃與H₂SO₄反應生成 Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，從圖分析，過濾掉SiO₂濾液有H₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，
加入氫氧化鈉全部反應需用NaOH溶液量為40克，轉化為沉淀Fe（OH）₃、Al（OH）₃，硫酸與它們的反應轉化為與NaOH反應．
設硫酸溶液的溶質是質量分數(shù)X
  2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O
  80            98
40g×20%  X×50g
$\frac{80}{40g×20%}=\frac{98}{X×50g}$     
X=19.6%
（2）從圖分析，后來沉淀減少是由于Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，用于該反應的NaOH
溶液8克．設生成的氫氧化鋁的質量是Y
Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
78                 40
Y               8g×20%        
$\frac{78}{Y}=\frac{40}{8g×20%}$
 Y=3.12克
設氧化鋁的質量為Z
根據(jù)化學方程式或化學反應前后原子個數(shù)不變
Al₂O₃～Al₂（SO₄）₃～2Al（OH）₃
102                                 78×2
Z                                    3.12g  
$\frac{102}{Z}=\frac{78×2}{3.12g}$
 Z=2.04克
假設與硫酸鋁反應的氫氧化鈉質量是A
Al₂（SO₄）₃+6NaOH=2Al（OH）₃↓+3Na₂SO₄
                       240          156
                        A          3.12g 
$\frac{240}{A}=\frac{156}{3.12g}$
 A=4.8g
設氧化鐵的質量為B
Fe₂O₃～Fe₂（SO₄）₃～6NaOH
160                               240
B           （40-4）g×20%-4.8g=2.4g   
$\frac{160}{B}=\frac{240}{2.4g}$
 B=1.6g
SiO₂：5g-2.04g-1.6g=1.36g
答：（1）硫酸溶液的溶質質量分數(shù)為19.6%（2）鋁土礦中含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂的質量分別是2.04g、1.6g、1.36g．

點評 此題是一道計算的綜合型題目，解題的關鍵是對圖象的分析以及元素守恒的綜合運用，按難度應該屬于競賽題性質的范疇．