Question

某合金經分析知含有Fe、Al、Si三種單質，為測定合金的組成，某課外小組取一定量的合金與500mL稀H₂SO₄反應，生成aL標況下的H₂，反應溶液經過濾后，向濾液中加適量的硝酸鉀恰好使溶液中的Fe²⁺全部氧化（還原產物只有NO），再向其中加入0.5mol/L的NaOH溶液，所加NaOH溶液體積與產生沉淀的質量變化如圖所示。另再取相同質量量的合金，與足量的NaOH反應，也產生aL標況下的H₂。

試求：（1）所加硝酸鉀的物質的量

（2）合金中各種單質的質量分數

（3）所加稀硫酸的物質的量濃度

Answer 1

（1）mol（2）Al%=43.5%(1分)Fe%=45.2%(1分)Si%=11.3%(1分) （3）mol/L

解析:

根據圖中可知，溶解氫氧化鋁沉淀用去40mL NaOH溶液。沉淀Fe³⁺和Al³⁺用去NaOH溶液100mL。由此可算氫氧化鋁的物質的量和氫氧化鐵的物質的量，又因為合金與酸反應和與堿反應產生的H₂體積相等，故硅的物質的量為鐵的物質的量的一半。三種單質的物質的量知道就可計算第（1）、（2）兩個問；第（3）問要求出與金屬反應用去的酸和NO₃^－存在下與Fe²⁺反應用去的H⁺及最后與NaOH反應的酸。

由圖可知：n(Al)=0.04L×0.5mol/L=0.02mol…………………0.5分

n(Fe)=(0.180L-0.120L)×0.5÷3=0.01mol…………… ………0.5分

∵與酸、堿反應生成的H₂體積相等

∴n(Si)=n(Fe)==0.005mol………………………………1分

Fe²⁺加KNO₃ 后發(fā)生如下反應：

3Fe²⁺＋NO₃^－＋4H^＋=3Fe³⁺＋NO↑＋2H₂O

      3mol  1mol  4mol 

∴ n(KNO₃)=mol ………………………………………1分

合金的總質量為：

n(Al)×M(Al)＋n(Fe)×M(Fe)＋n(Si)×M(Si)

 =0.02mol×27g/mol＋0.01mol×56g/mol＋0.005mol×28g/mol=1.24g……1分

∴Al%=×100%=43.5%…………………………1分

Fe%=×100%=45.2%…………………………1分

Si%=×100%=11.3%…………………………1分

與金屬反應：n(H₂SO₄)=n(Fe)＋n(Al)=0.01+0.03=0.04mol

H₂SO₄   與NO₃^－、Fe²⁺反應：n(H₂SO₄)=n(Fe)=mol              2分

與NaOH反應：n(H₂SO₄)=0.04L×0.5mol/L÷2=0.04mol

∴所加硫酸的物質的量濃度為：（mol+0.04mol+0.04mol）÷0.5L=mol/L

……………………………………………………………………1分