Question

取6g鋁土礦（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）樣品，放入盛有100mL H₂SO₄溶液的燒杯中，充分反應(yīng)后過濾，向濾液中加入10mol/L的NaOH溶液，產(chǎn)生沉淀的量與所加NaOH溶液的體積的關(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，則鋁土礦中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？

Answer 1

解：（1）當(dāng)加入NaOH溶液的體積為35ml時，n（NaOH）=0.035L×10mol/L=0.35mol，
此時沉淀的質(zhì)量達(dá)到最大值，則此時溶液的溶質(zhì)只有Na₂SO₄，
根據(jù)Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=n（NaOH）=×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）==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，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⁺）==0.009mol，故m（Fe₂O₃）=0.009mol××160g/mol=0.72g，故Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=12%
答：鋁土礦中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%．
分析：（1）加入35mL氫氧化鈉溶液時，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=計算；
由圖可知，加入35mL氫氧化鈉溶液時，沉淀量最大，NaOH溶液的體積超過35mL時，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溶液中n（Al³⁺），進(jìn)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(jìn)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，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計算．
點評：本題考查混合物的有關(guān)計算，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)守恒的計算，（1）中注意利用反應(yīng)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．