Question

14．（1）某化學(xué)興趣小組按照圖1流程進(jìn)行“由鎂鋁合金制備硫酸鋁晶體”的實驗．

則鎂鋁合金中加NaOH溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，金屬X是Mg，固體A的化學(xué)式Al（OH）₃，操作②包含的步驟有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、干燥．
（2）某興趣小組為測定鎂鋁合金中各組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計圖2裝置．則儀器甲的名稱水槽，需要測定的數(shù)據(jù)有氫氣的體積、鎂鋁合金的質(zhì)量．（已知該實驗時的溫度壓強）
（3）現(xiàn)有一定量的AlCl₃和FeCl₃混合溶液，已知其中Al³⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量之和為0.10mol，若向此溶液加入170mL 2mol/L NaOH溶液，設(shè)Al³⁺物質(zhì)的量與總物質(zhì)的量的比值為x．則x=0.4時，沉淀的物質(zhì)的量為0.06mol．請在圖3中畫出沉淀總量（y mol）隨x（0→1）變化曲線．

Answer 1

分析 本題以鋁與鎂的化學(xué)性質(zhì)差異，選擇合理的實驗途徑制備硫酸鋁晶體的實驗操作及探究鎂鋁混合物成分的方法，利用鎂不能堿反應(yīng)，用NaOH溶液先將鎂鋁分離并得到偏鋁酸鈉溶液，對濾液進(jìn)行酸化調(diào)整溶液pH8-9得到氫氧化鋁沉淀，過慮后將溶解在稀硫酸中，最后將硫酸鋁溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等到目標(biāo)產(chǎn)物，至于鎂鋁混合物的組份測定，只要通過測定合金與足量酸反應(yīng)生成的氫氣量及合金的總質(zhì)量即可計算；
（1）由流程圖可知，向鎂鋁合金中加入足量氫氧化鈉溶液，Al和氫氧化鈉溶液生成可溶性的偏鋁酸鈉，鎂不反應(yīng)，采用過濾的方法進(jìn)行分離，金屬X是 Mg，向濾液中加入稀硫酸條件溶液的pH，得到氫氧化鋁固體，向固體中加入稀硫酸，氫氧化鋁和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁，再將溶液加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸鋁晶體；
（2）根據(jù)圖象知，能夠測得氫氣體積，根據(jù)金屬和氫氣之間的關(guān)系式分析知，設(shè)計圖1示裝置需要測定的數(shù)據(jù)有氫氣的體積、鎂鋁合金的質(zhì)量；
（3）發(fā)生反應(yīng)Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，OH^-適量時，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，當(dāng)OH^-過量時，Al（OH）₃溶解；采用極限的方法進(jìn)行解答．

解答 解：（1）由流程圖可知，向鎂鋁合金中加入足量氫氧化鈉溶液，Al和氫氧化鈉溶液生成可溶性的偏鋁酸鈉，反應(yīng)方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，鎂不反應(yīng)，采用過濾的方法進(jìn)行分離，則金屬X是Mg，向濾液中加入稀硫酸條件溶液的pH，得到氫氧化鋁固體，則固體A的化學(xué)式 Al（OH）₃，向固體中加入稀硫酸，氫氧化鋁和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁，再將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸鋁晶體；
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；Mg；Al（OH）₃；冷卻結(jié)晶；
（2）某興趣小組為測定鎂鋁合金中各組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)圖象知，在水槽中用排水法能夠測得氫氣體積，根據(jù)金屬和氫氣之間的關(guān)系式分析知，設(shè)計圖1示裝置需要測定的數(shù)據(jù)有氫氣的體積、鎂鋁合金的質(zhì)量，故答案為：水槽；氫氣的體積、鎂鋁合金的質(zhì)量；
（3）Al³⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量之和為0.10mol，n（NaOH）=2mol/L×0.17L=0.34mol，設(shè)Al³⁺物質(zhì)的量與總物質(zhì)的量的比值為x．則x=0.4時，n（Al³⁺）=0.04mol，n（Fe³⁺）=0.06mol，鐵離子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Fe³⁺）=0.18mol，鋁離子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Al³⁺）=0.12mol，實際上n（NaOH）大于鐵離子和鋁離子完全沉淀需要的氫氧化鈉的物質(zhì)的量，所以氫氧化鈉要溶解，假設(shè)氫氧化鋁完全溶解，則需要n（NaOH）=n（Al³⁺）=0.04mol，所以氫氧化鋁恰好完全溶解，則生成沉淀的物質(zhì)的量就是氫氧化鐵的物質(zhì)的量，為0.06mol；
其圖象為，故答案為：0.06；．

點評 本題以鋁為載體考查了混合物的計算，根據(jù)鋁離子和氫氧化鈉溶液反應(yīng)特點采用極限的方法進(jìn)行分析，再結(jié)合原子守恒進(jìn)行解答，題目難度中等．