Question

準(zhǔn)確稱取6g鋁土礦（含Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃，SiO₂）樣品，放入盛有100mLH₂SO₄溶液的燒杯中，充分反應(yīng)后過濾，向?yàn)V液中加入10mol/LNaOH溶液，產(chǎn)生沉淀的量與所加NaOH溶液的體積關(guān)系如圖所示．試求：
（1）硫酸溶液的物質(zhì)的量濃度．
（2）若b=2.3，則鋁土礦中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是多少？
（3）b值的范圍是在

 

之間，在這個(gè)范圍內(nèi)，b值越大，

 

的含量越少．

Answer 1

考點(diǎn)：鎂、鋁的重要化合物,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算

專題：圖示題

分析：（1）加入35mL氫氧化鈉溶液時(shí)，沉淀量最大，此時(shí)溶液中溶質(zhì)為硫酸鈉，根據(jù)鈉離子守恒計(jì)算硫酸鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)硫酸根守恒計(jì)算原硫酸溶液中n（H₂SO₄），再根據(jù)c=

n

V

計(jì)算；
由圖可知，加入35mL氫氧化鈉溶液時(shí)，沉淀量最大，NaOH溶液的體積超過35mL時(shí)，過量的氫氧化鈉與氫氧化鋁反應(yīng)：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O；
（2）從35mL～45mL加入的10mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，根據(jù)n=cV計(jì)算該階段消耗的n（NaOH），再根據(jù)方程式計(jì)算氫氧化鋁的物質(zhì)的量，利用鋁元素守恒計(jì)算溶液中n（Al³⁺），進(jìn)而計(jì)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(jì)算鐵離子、鋁離子完全消耗的n（NaOH），進(jìn)而計(jì)算n（Fe³⁺），利用鐵元素守恒計(jì)算n（Fe₂O₃），根據(jù)m=nM計(jì)算氧化鐵的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；
（3）利用極值法求算，分只有氧化鋁和氧化鋁5.1g其余0.9g全部是氧化鐵兩種極限求算．

解答： 解：（1）當(dāng)加入NaOH溶液的體積為35ml時(shí)，n（NaOH）=0.035L×10mol/L=0.35mol，
此時(shí)沉淀的質(zhì)量達(dá)到最大值，則此時(shí)溶液的溶質(zhì)只有Na₂SO₄，
根據(jù)Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=

1

2

n（NaOH）=

1

2

×0.35mol=0.175mol，
根據(jù)硫酸根守恒，則有：n（H₂SO₄）=0.175mol，
所以原硫酸溶液中c（H₂SO₄）=

0.175mol

0.1L

=1.75mol/L，
答：稀硫酸溶液的物質(zhì)的量濃度為1.75mol/L；
（2）從35mL～45mL加入的10mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，該階段消耗的n（NaOH）=0.01L×10mol/L=0.1mol，根據(jù)方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.1mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.1mol，故m（Al₂O₃）=0.1mol×

1

2

×102g/mol=5.1g，故氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

5.1g

6g

×100%=85%；鋁離子完全沉淀消失氫氧化鈉為0.1mol×3=0.3mol，鐵離子、鋁離子完全消耗的氫氧化鈉溶液的體積為35mL-2.3mL=32.7mL，故該階段消耗n（NaOH）=0.0327L×10mol/L=0.327mol，故鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉為0.327mol-0.3mol=0.027mol，故n（Fe³⁺）=

0.027mol

3

=0.009mol，故m（Fe₂O₃）=0.009mol×

1

2

×160g/mol=0.72g，故Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

0.72g

6g

×100%=12%；則SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%-85%-12%=2%，
答：鋁土礦中氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%；鋁土礦中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%；SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%-85%-12%=2%；
（3）鋁離子物質(zhì)的量為0.1mol，依據(jù)極值法計(jì)算b的范圍：只有鋁離子時(shí)沉淀需要?dú)溲趸�鈉物質(zhì)的量為0.3mol，需要?dú)溲趸�鈉溶液體積為30ml，則a=35ml-30ml=5ml，但樣品中含有氧化鐵，b一定小于5ml；所以b值越大，氧化鐵含量越少；假設(shè)6g某礦石樣品中只有含Al₂O₃、Fe₂O₃，依據(jù)（2）計(jì)算可知m（Al₂O₃）=5.1g，則m（Fe₂O₃）=6g-5.1g=0.9g，n（Fe₂O₃）=

0.9g

160g/mol

=0.005625mol，n（Fe³⁺）=0.005625mol×2=0.01125mol，消耗氫氧根離子0.03375mol；反應(yīng)形成最大量沉淀消耗氫氧化鈉物質(zhì)的量為0.03375mol+0.3mol=0.33375mol，需要?dú)溲趸�鈉溶液的體積為

0.33375mol

10mol/L

=0.033375L=33.375L，所以b最小為35ml-33.375ml=1.625ml；則b的取值為：1.625＜b＜5，
故答案：1.625＜a＜5；Fe₂O₃．

點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，難度中等，清楚圖象中各階段發(fā)生的反應(yīng)是關(guān)鍵，注意根據(jù)守恒的計(jì)算，（3）中注意利用反應(yīng)判斷沉淀最大值時(shí)，溶液中的溶質(zhì)，再利用守恒計(jì)算，可以簡(jiǎn)化計(jì)算過程．