Question

9．準(zhǔn)確稱(chēng)取12g鋁土礦樣品（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）放入盛有100mL某濃度硫酸溶液的燒杯中，充分反應(yīng)后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入10mol•L^-1的NaOH溶液，產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量m與加入的NaOH溶液的體積V的關(guān)系如圖所示：

請(qǐng)?zhí)羁栈卮穑?br />（1）H₂SO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為3.5 mol•L^-1．
（2）若a=4.6，用于沉淀Fe³⁺消耗NaOH的體積是5.4mL，鋁土礦中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Al₂O₃為85%，SiO₂為3%．

Answer 1

分析 根據(jù)Al₂O₃是兩性氧化物，既溶液強(qiáng)酸又溶于強(qiáng)堿；Fe₂O₃只溶于強(qiáng)酸，不溶于堿，SiO₂只溶于強(qiáng)堿，不溶于酸；鋁土礦樣品，放入盛有100mL H₂SO₄溶液的燒杯中，充分反應(yīng)后過(guò)濾，所得溶液中含有Al³⁺、Fe³⁺，由圖象可知，向?yàn)V液中加入10mol•L^-1的NaOH溶液，沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明硫酸有剩余，繼續(xù)加入NaOH溶液，鐵離子變成氫氧化鐵沉淀，將鋁離子變成為氫氧化鋁沉淀，當(dāng)加入氫氧化鈉共70mL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=$\frac{n}{V}$計(jì)算；
從70mL～90mL加入的10mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，發(fā)生反應(yīng)：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，最后剩余固體為氫氧化鐵，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n（Al₂O₃），根據(jù)m=nM計(jì)算氧化鋁的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；
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，最終再計(jì)算SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）加入氫氧化鈉70mL時(shí)，沉淀量最大，此時(shí)溶液溶質(zhì)為硫酸鈉，根據(jù)Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.07L×10mol•L^-1=0.35mol，根據(jù)硫酸根守恒，則有：n（H₂SO₄）=0.35mol，
所以原硫酸溶液中c（H₂SO₄）=$\frac{0.35mol}{0.1L}$=3.5mol/L，
故答案為：3.5mol/L；
（2）從70mL～90mL加入的20mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，該階段消耗的n（NaOH）=0.02L×10mol•L^-1=0.2mol，根據(jù)方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.2mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.2mol，根據(jù)Al元素守恒可知n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$×0.2mol=0.1mol，則m（Al₂O₃）=0.1mol×102g/mol=10.2g；
鋁離子完全沉淀消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.2mol×3=0.6mol，鐵離子、鋁離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉溶液的體積為70mL-4.6mL=65.4mL，故該階段消耗n（NaOH）=0.0654L×10mol/L=0.654mol，故鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.654mol-0.6mol=0.054mol，
則鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的體積為V=$\frac{n}{c}$=$\frac{0.054mol}{10mol/L}$=0.0054L=5.4ml，故n（Fe³⁺）=$\frac{0.054mol}{3}$=0.018mol，故m（Fe₂O₃）=0.018mol×$\frac{1}{2}$×160g/mol=1.44g，m（SiO₂）=12-1.44-10.2=0.36g；
鋁土礦中各組成成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Al₂O₃ 為$\frac{10.2g}{12g}$×100%=85%，SiO₂ 為$\frac{0.36g}{12g}$×100%=3%；
故答案為：5.4； 85%； 3%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，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，（1）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．