Question

17．準確稱取10.0g鋁土礦樣品（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂），加入100mL硫酸溶液，充分反應后向濾液中加入10mol/L的NaOH溶液，產生沉淀的物質的量與加入NaOH溶液的體積關系如圖所示：
（1）計算所用硫酸溶液的物質的量濃度為2.25mol/L；
（2）Al₂O₃的物質的量為0.05mol；
（3）SiO₂的質量為1.7g．

Answer 1

分析 根據Al₂O₃是兩性氧化物，既溶液強酸又溶于強堿；Fe₂O₃只溶于強酸，不溶于堿，SiO₂只溶于強堿，不溶于酸；鋁土礦樣品，放入盛有100mL H₂SO₄溶液的燒杯中，充分反應后過濾，所得溶液中含有Al³⁺、Fe³⁺，由圖象可知，向濾液中加入10mol•L^-1的NaOH溶液，沒有沉淀生成，說明硫酸有剩余，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，當加入氫氧化鈉共45mL時，沉淀量最大，此時溶液中溶質為硫酸鈉，根據鈉離子守恒計算硫酸鈉的物質的量，再根據硫酸根守恒計算原硫酸溶液中n（H₂SO₄），再根據c=$\frac{n}{V}$計算，由此分析解答．

解答 解：（1）入氫氧化鈉45mL時，沉淀量最大，此時溶液溶質為硫酸鈉，根據Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.045L×10mol•L^-1=0.225mol，根據硫酸根守恒，則有：n（H₂SO₄）=0.225mol，
所以原硫酸溶液中c（H₂SO₄）=$\frac{0.225mol}{0.1L}$=2.25 mol/L，
故答案為：2.25 mol/L；
（2）而氫氧化鈉體積在45ml到55ml，溶液的是氫氧化鋁，反應的方程式為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=10mol/L×0.01L=0.1mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.1mol，根據Al元素守恒可知n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$×0.1mol=0.05mol，故答案為：0.05；
（3）鋁離子完全沉淀消耗氫氧化鈉的物質的量為0.1mol×3=0.3mol，鐵離子、鋁離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉溶液的體積為45mL-3mL=42mL，故該階段消耗n（NaOH）=0.042L×10mol/L=0.42mol，故鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的物質的量為0.42mol-0.3mol=0.12mol，
故n（Fe³⁺）=$\frac{0.12mol}{3}$=0.04mol，故m（Fe₂O₃）=0.04mol×$\frac{1}{2}$×160g/mol=3.2，m（SiO₂）=10-0.05×102-3.2=1.7g，故答案為：1.7．

點評 本題考查混合物的有關計算，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，難度中等，清楚圖象中各階段發(fā)生的反應是關鍵，注意根據守恒的計算，（1）中注意利用反應判斷沉淀最大值時，溶液中的溶質，再利用守恒計算，可以簡化計算過程．