Question

準(zhǔn)確稱取22.7g某礦石樣品（含Al₂O₃、Fe₂O₃和不溶于水和酸的雜質(zhì)），放入盛有100mL某濃度的硫酸的燒杯中，充分反應(yīng)后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入10mol/L的NaOH溶液，產(chǎn)生的沉淀的質(zhì)量m與加入NaOH溶液的體積V的關(guān)系如圖所示．請(qǐng)回答：
（1）硫酸的物質(zhì)的量濃度是多少？
（2）若a=10，礦石樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量是多少？
（3）試計(jì)算a的取值范圍．

Answer 1

分析：由圖可知，加入100mL氫氧化鈉溶液時(shí)，沉淀量最大，NaOH溶液的體積超過(guò)100mL時(shí)，過(guò)量的氫氧化鈉與氫氧化鋁反應(yīng)：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，消耗氫氧化鈉溶液體積10ml，反應(yīng)為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+H₂O，圖象分析可知，溶解礦石加入的硫酸過(guò)量，開始先發(fā)生反應(yīng)OH^-+H⁺=H₂O，F(xiàn)e³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；依據(jù)定量關(guān)系分析計(jì)算；

解答：解：（1）依據(jù)圖象分析可知，當(dāng)生成最大量沉淀時(shí)，依據(jù)硫酸根離子，鈉離子守恒，最后生成硫酸鈉，2NaOH～H₂SO₄，氫氧化鈉物質(zhì)的量=0.1L×10mol/L=1mol/L，反應(yīng)的硫酸物質(zhì)的量為0.5mol，硫酸物質(zhì)的量濃度=

0.5mol

0.1L

=5mol/L；
答：硫酸溶液的濃度為5mol/L；
（2）Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，消耗氫氧化鈉溶液體積10mol，鋁離子物質(zhì)的量=0.010L×10mol/L=0.1mol，生成氫氧化鋁沉淀消耗氫氧化鈉物質(zhì)的量為0.3mol；圖象分析可知，溶解礦石加入的硫酸過(guò)量，開始先發(fā)生反應(yīng)OH^-+H⁺=H₂O，F(xiàn)e³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；當(dāng)a=10ml，氫離子消耗氫氧化鈉物質(zhì)的量=0.01L×10mol/L=0.1mol，計(jì)算得到沉淀鐵離子消耗的氫氧化鈉物質(zhì)的量=0.1L×10mol/L-0.1mol-0.3mol=0.6mol，F(xiàn)e³⁺物質(zhì)的量為0.2mol，F(xiàn)e₂O₃的物質(zhì)的量為0.1mol，礦石樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量=0.1mol×160g/mol=16g；
答：若a=10，礦石樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量是16g；
（3）鋁離子物質(zhì)的量為0.1mol，依據(jù)極值法計(jì)算得到a的最大值為：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=100ml-30ml，但樣品中含有氧化鐵，a一定小于70ml；假設(shè)22.7g某礦石樣品中只有含Al₂O₃、Fe₂O₃，依據(jù)（2）計(jì)算可知，Al₂O₃物質(zhì)的量為0.05mol，質(zhì)量=0.05mol×102g/mol=5.1g，則Fe₂O₃的質(zhì)量=22.7g-5.1g=17.6g，F(xiàn)e₂O₃的物質(zhì)的量=

17.6g

160g/mol

=0.11mol，F(xiàn)e³⁺物質(zhì)的量為0.22mol，消耗氫氧化鈉0.66mol，反應(yīng)形成最大量沉淀消耗氫氧化鈉物質(zhì)的量為0.66mol+0.3mol=0.96mol，需要?dú)溲趸�鈉溶液的體積=

0.96mol

10mol/L

=0.096L；所以a最小為100ml-96ml=4ml；則a的取值為：4ml＜a＜70ml；
答：a的取值范圍為4ml＜a＜70ml；

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(guò)程．