Question

準確稱取12g鋁土礦樣品（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）放入盛有100mL某濃度硫酸溶液的燒杯中，充分反應后過濾，向濾液中加入10mol?L^-1的NaOH溶液，產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量m與加入的NaOH溶液的體積V的關系如圖所示：
請?zhí)羁栈卮穑?br />（1）H₂SO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為

 

．
（2）若a=4.6，用于沉淀Fe³⁺消耗NaOH的體積是

 

mL，鋁土礦中各成分的質(zhì)量分數(shù)：Al₂O₃為

 

，SiO₂為

 

．

Answer 1

考點：鎂、鋁的重要化合物,化學方程式的有關計算

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：根據(jù)Al₂O₃是兩性氧化物，既溶液強酸又溶于強堿；Fe₂O₃只溶于強酸，不溶于堿，SiO₂只溶于強堿，不溶于酸；鋁土礦樣品，放入盛有100mL H₂SO₄溶液的燒杯中，充分反應后過濾，所得溶液中含有Al³⁺、Fe³⁺，由圖象可知，向濾液中加入10mol?L^-1的NaOH溶液，沒有沉淀生成，說明硫酸有剩余，繼續(xù)加入NaOH溶液，鐵離子變成氫氧化鐵沉淀，將鋁離子變成為氫氧化鋁沉淀，當加入氫氧化鈉共70mL時，沉淀量最大，此時溶液中溶質(zhì)為硫酸鈉，根據(jù)鈉離子守恒計算硫酸鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)硫酸根守恒計算原硫酸溶液中n（H₂SO₄），再根據(jù)c=

n

V

計算；
從70mL～90mL加入的10mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，發(fā)生反應：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，最后剩余固體為氫氧化鐵，根據(jù)n=cV計算該階段消耗的n（NaOH），再根據(jù)方程式計算氫氧化鋁的物質(zhì)的量，利用鋁元素守恒計算n（Al₂O₃），根據(jù)m=nM計算氧化鋁的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)定義計算；
利用鋁元素守恒計算溶液中n（Al³⁺），進而計算鋁離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量，根據(jù)n=cV計算鐵離子、鋁離子完全消耗的n（NaOH），進而計算n（Fe³⁺），利用鐵元素守恒計算n（Fe₂O₃），根據(jù)m=nM計算氧化鐵的質(zhì)量，最終再計算SiO₂的質(zhì)量分數(shù)．

解答： 解：（1）加入氫氧化鈉70mL時，沉淀量最大，此時溶液溶質(zhì)為硫酸鈉，根據(jù)Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=

1

2

n（NaOH）=

1

2

×0.07L×10mol?L^-1=0.35mol，根據(jù)硫酸根守恒，則有：n（H₂SO₄）=0.35mol，
所以原硫酸溶液中c（H₂SO₄）=

0.35mol

0.1L

=3.5mol/L，
故答案為：3.5mol/L；
（2）從70mL～90mL加入的20mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，該階段消耗的n（NaOH）=0.02L×10mol?L^-1=0.2mol，根據(jù)方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.2mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.2mol，根據(jù)Al元素守恒可知n（Al₂O₃）=

1

2

×0.2mol=0.1mol，則m（Al₂O₃）=0.1mol×102g/mol=10.2g；
鋁離子完全沉淀消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.2mol×3=0.6mol，鐵離子、鋁離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉溶液的體積為70mL-4.6mL=65.4mL，故該階段消耗n（NaOH）=0.0654L×10mol/L=0.654mol，故鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.654mol-0.6mol=0.054mol，
則鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的體積為V=

n

c

=

0.054mol

10mol?L -1

=0.0054L=5.4ml，故n（Fe³⁺）=

0.054mol

3

=0.018mol，故m（Fe₂O₃）=0.018mol×

1

2

×160g/mol=1.44g，m（SiO₂）=12-1.44-10.2=0.36g；
鋁土礦中各組成成分的質(zhì)量分數(shù)為：Al₂O₃ 為

10.2g

12g

×100%=85%，SiO₂ 為

0.36g

12g

×100%=3%；
故答案為：5.4； 85%； 3%．

點評：本題考查混合物的有關計算，側(cè)重于學生的分析能力和計算能力的考查，難度中等，清楚圖象中各階段發(fā)生的反應是關鍵，注意根據(jù)守恒的計算，（1）中注意利用反應判斷沉淀最大值時，溶液中的溶質(zhì)，再利用守恒計算，可以簡化計算過程．