Question

現(xiàn)有AlCl₃和FeCl₃混合溶液，其中Al³⁺和Fe³⁺的物質的量之和為0.1mol，在此溶液中加入80mL 濃度為4mol/L的NaOH溶液，使其充分反應，設Al³⁺的物質的量與總物質的量的比值為x．
（1）根據(jù)反應的化學方程式計算，當x=0.5 時，溶液中產(chǎn)生的沉淀及其物質的量是______．
（2）當沉淀中只有Fe（OH）₃時，x的取值范圍是______，請在圖中畫出沉淀總量（mol）隨x（0→1.0）變化的曲線．
（3）若Al³⁺和Fe³⁺的物質的量之和為 n mol （ n為合理取值），其他條件不變，當沉淀中同時有Fe（OH）₃、Al（OH）₃時，x的取值范圍是（用含有n、x的式子表示）______．

Answer 1

解：（1）發(fā)生反應Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②，
Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，
OH^-適量時，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，當OH^-過量時，Al（OH）₃溶解，生成AlO₂^-． Al³⁺和Fe³⁺的物質的量之和為0.1mol，完全沉淀需要消耗OH^-物質的量為0.1mol×3=0.3mol，加入n（OH^-）=0.08L×4mol/L=0.32mol，大于0.3mol，OH^-對于兩種離子生成沉淀是過量的，溶液中n（Al³⁺）=n（Fe³⁺）=0.1mol×0.5=0.05mol，
先發(fā)生①②，生成n[Al（OH）₃]=n[Fe（OH）₃]=0.05mol，
剩余OH^-的物質的量為0.32mol-0.1mol×3=0.02mol，再發(fā)生反應③，溶解Al（OH）₃為0.02mol，故沉淀中Al（OH）₃
0.05mol-0.02mol=0.03mol，n[Fe（OH）₃]=0.05mol，
故答案為：0.05 mol Fe（OH）₃、0.03 mol Al（OH）₃；
（2）Fe³⁺的物質的量為0.1mol×（1-x），消耗的OH^-物質的量為0.1mol×（1-x）×3，F(xiàn)e³⁺反應后剩余的OH^-物質的量為0.32mol-0.1mol×（1-x）×3，沉淀中無Al（OH）₃，則0.32mol-0.1mol×（1-x）×3≥0.1mol×x×4，解得x≤0.2，故0≤x≤0.2；
在0≤x≤0.2時，沉淀只有Fe（OH）₃，F(xiàn)e（OH）₃沉淀量為0.1mol×（1-x）=0.1mol-0.1xmol，
0.2≤x≤1時，沉淀總量為：0.1mol×（1-x）+0.1mol×x-（0.32mol-0.1mol×3）=0.08mol，
故沉淀總量（mol）隨x（0→1.0）變化的曲線為；
故答案為：0≤x≤0.2；；
（3）Fe³⁺的物質的量為nmol×（1-x），消耗的OH^-物質的量為nmol×（1-x）×3，F(xiàn)e³⁺反應后剩余的OH^-物質的量為0.32mol-nmol×（1-x）×3，沉淀中有Al（OH）₃，則0.32mol-nmol×（1-x）×3＜nmol×x×4，解得x＞-3，故
-3＜x＜1，
故答案為：-3＜x＜1．
分析：（1）發(fā)生反應Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，OH^-適量時，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，當OH^-過量時，Al（OH）₃溶解，生成AlO₂^-． n（OH^-）=0.08L×4mol/L=0.32mol，OH^-對于兩種離子生成沉淀是過量的，肯定可以使Al（OH）₃溶解一些或全部，計算剩余的氫氧根離子物質的量，再根據(jù)Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O進行計算，確定剩余氫氧化鋁的物質的量，據(jù)此解答；
（2）計算Fe³⁺消耗的氫氧根離子的物質的量，進而計算Fe³⁺反應剩余的氫氧根離子的物質的量，沉淀中無Al（OH）₃，剩余氫氧根離子的物質的量應≥0.4x，據(jù)此計算；
沉淀只有Fe（OH）₃，計算沉淀Fe（OH）₃的物質的量，沉淀中含有氫氧化鋁時，沉淀總量=氫氧化鐵的物質的量+與鋁離子等物質的量的氫氧化鋁的物質的量-0.02mol氫氧化鈉溶解的氫氧化鋁的物質的量，據(jù)此數(shù)據(jù)畫出沉淀總量隨x的變化曲線；
（3）計算Fe³⁺消耗的氫氧根離子的物質的量，進而計算Fe³⁺反應剩余的氫氧根離子的物質的量，沉淀中含有Al（OH）₃，剩余氫氧根離子的物質的量應小于4倍鋁離子的物質的量，據(jù)此計算．
點評：本題考查混合物的有關計算，難度較大，清楚反應的過程是解題的關鍵，注意判斷鋁離子是否沉淀的特殊點．