Question

有一包固體粉末是Fe₂O₃和Al₂O₃的均勻混合物．
（1）取4.22g樣品，加入某濃度的鹽酸100mL，恰好完全反應(yīng)，該鹽酸的物質(zhì)的量濃度范圍是：______．．
（2）配制該濃度的鹽酸需37%密度為1.19g/cm³濃鹽酸，濃鹽酸的物質(zhì)的量濃度為______．（保留2位小數(shù)）
（3）另取4.22g樣品，加入2.0mol/L鹽酸90ml恰好完全反應(yīng)，則n（Fe₂O₃）和n（Al₂O₃）的物質(zhì)的量之比是______．
（4）另取2.11g樣品，加入pH=0的硫酸150ml中，樣品完全溶解．在反應(yīng)后的溶液中，逐滴加入2mol/L的NaOH溶液．
①當(dāng)?shù)稳隺mL時(shí)，開始產(chǎn)生沉淀，則a______mL．
②當(dāng)生成沉淀的物質(zhì)的量為0.025mol時(shí)，滴加氫氧化鈉溶液的體積為______mL．

Answer 1

解：（1）當(dāng)4.22g全部為Fe₂O₃時(shí)，固體的物質(zhì)的量最小，n（Fe₂O₃）==mol，此時(shí)消耗的HCl最少，n（HCl）=6n（Fe₂O₃）=6×mol，故鹽酸濃度極小值為=1.58mol/L，
當(dāng)4.22g全部為Al₂O₃時(shí)，固體的物質(zhì)的量最答，n（Al₂O₃）==mol，此時(shí)消耗的HCl最多，n（HCl）=6n（Fe₂O₃）=6×=mol，故鹽酸濃度極大值為=2.48mol/L，
故2.48mol/L＞c （HCl）＞1.58mol/L，
故答案為：2.48mol/L＞c （HCl）＞1.58mol/L；
（2）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%密度為1.19g/cm³濃鹽酸的物質(zhì)的量濃度為：mol/L=12.06mol/L，故答案為：12.06mol/L；
（3）由二者質(zhì)量之和為4.22g可知，160g/mol×n（Fe₂O₃）+102g/mol×n（Al₂O₃）=4.22g，
消耗HCl為2.0mol/L×0.09L=0.18mol，故6n（Fe₂O₃）+6n（Al₂O₃）=0.18mol，
聯(lián)立方程，解得n（Fe₂O₃）=0.02mol，n（Al₂O₃）=0.01mol，
故n（Fe₂O₃）：n（Al₂O₃）=0.02mol：0.01mol=2：1，
故答案為：2：1；
（4）①由（3）可知，4.22g樣品，加入2.0mol/L鹽酸90ml恰好完全反應(yīng)，消耗HCl為2.0mol/L×0.09L=0.18mol，故2.11g樣品消耗HCl的物質(zhì)的量為×0.18mol=0.09mol，故消耗硫酸的物質(zhì)的量為=0.045mol，pH=0的硫酸物質(zhì)的量濃度為0.5mol/L，故剩余硫酸的物質(zhì)的量為0.15L×0.5mol/L-0.045mol=0.03mol，故消耗n（NaOH）=2n（H₂SO₄）=2×0.03mol=0.06mol，故需要開始產(chǎn)生沉淀時(shí)NaOH溶液的體積為=0.03L=30mL，
故答案為：30mL；
②氫氧化鈉不足時(shí)，中和完硫酸，與鋁離子、鐵離子反應(yīng)生成沉淀為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，根據(jù)氫氧根守恒計(jì)算轉(zhuǎn)化為沉淀階段消耗的n（NaOH）=3n（沉淀）=3×0.025mol=0.075mol，故該階段消耗NaOH溶液的體積為=0.0375L=37.5L，故需要加入NaOH溶液的體積為30mL+37.5L=67.5mL；
當(dāng)氫氧化鈉足量，部分氫氧化鋁轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉，由（3）計(jì)算可知，2.11g樣品中n（Fe₂O₃）=0.01mol，n（Al₂O₃）=0.05mol，故沉淀中為n[Fe（OH）₃]=2n（Fe₂O₃）=0.02mol，n[Al（OH）₃]=0.025mol-0.02mol=0.005mol，根據(jù)鋁元素守恒，故溶液中n（NaAlO₂）=0.05mol×2-0.005mol=0.005mol，此時(shí)溶液為NaAlO₂、Na₂SO₄溶液，根據(jù)鈉離子守恒可知n（NaOH）=n（NaAlO₂）+2n（Na₂SO₄）=0.005mol+2×0.15L×0.5mol/L=0.155mol，故需要加入NaOH溶液的體積為=0.0775L=77.5mL，
故答案為：67.5mL或77.5mL．
分析：（1）利用極限法解答，當(dāng)4.22g全部為Fe₂O₃時(shí)，固體的物質(zhì)的量最小，消耗的HCl最少，當(dāng)4.22g全部為Al₂O₃時(shí)，固體的物質(zhì)的量最大，消耗的HCl最多，據(jù)此解答；
（2）根據(jù)c=計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%密度為1.19g/cm³濃鹽酸的物質(zhì)的量濃度；
（3）根據(jù)二者質(zhì)量之和與消耗HCl的物質(zhì)的量之和列方程，計(jì)算n（Fe₂O₃）和n（Al₂O₃），據(jù)此解答；
（4）①由（3）可知，4.22g樣品，加入2.0mol/L鹽酸90ml恰好完全反應(yīng)，據(jù)此計(jì)算2.11g樣品消耗硫酸的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算剩余硫酸的物質(zhì)的量，中和硫酸的NaOH溶液的體積，即為開始產(chǎn)生沉淀時(shí)NaOH溶液的體積；
②氫氧化鈉不足時(shí)，中和完硫酸，與鋁離子、鐵離子反應(yīng)生成沉淀為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，根據(jù)氫氧根守恒計(jì)算轉(zhuǎn)化為沉淀階段消耗的n（NaOH）=3n（沉淀），進(jìn)而計(jì)算該階段消耗NaOH溶液的體積，與之和剩余硫酸需要NaOH溶液的體積之和，即為加入NaOH溶液的體積；
當(dāng)氫氧化鈉足量，部分氫氧化鋁轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉，由（3）計(jì)算可知，2.11g樣品中n（Fe₂O₃）=0.01mol，n（Al₂O₃）=0.05mol，計(jì)算沉淀中為n[Fe（OH）₃]、n[Al（OH）₃]，根據(jù)鋁元素守恒，計(jì)算溶液中n（NaAlO₂），此時(shí)溶液為NaAlO₂、Na₂SO₄溶液，根據(jù)鈉離子守恒可知n（NaOH）=n（NaAlO₂）+2n（Na₂SO₄），據(jù)此計(jì)算需要加入NaOH溶液的體積．
點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，清楚發(fā)生的反應(yīng)是解題的關(guān)鍵，題目涉及反應(yīng)較多，過(guò)程較為復(fù)雜，計(jì)算量較大，難度中等，為易錯(cuò)題，注意極限法與守恒方法的利用．