Question

（1）某化學(xué)興趣小組按照下列流程進行“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

 

，
金屬X是

 

，固體A的化學(xué)式

 

，操作②包含的步驟有蒸發(fā)濃縮、

 

、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1所示裝置．則儀器甲的名稱

 

，需要測定的數(shù)據(jù)有

 

．
（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

 

mol．請在圖2中畫出沉淀總量（y mol）隨x（0→1）變化曲線．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,化學(xué)方程式的有關(guān)計算,探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量,制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（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（降溫結(jié)晶）、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，鎂不反應(yīng)，采用過濾的方法進行分離，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、結(jié)晶得到硫酸鋁晶體；
①鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，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，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；Mg；Al（OH）₃；
②操作Ⅱ有硫酸鋁溶液制備硫酸鋁晶體包含的步驟有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶（降溫結(jié)晶）、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：冷卻結(jié)晶（降溫結(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行分析，再結(jié)合原子守恒進行解答，題目難度中等