Question

7．現(xiàn)有AlCl₃和FeCl₃混合溶液，其中Al³⁺和Fe³⁺的物質(zhì)的量之和為0.1mol，在此溶液中加入90mL濃度為4mol/L的NaOH溶液，使其充分反應(yīng)，設(shè)Al³⁺的物質(zhì)的量與總物質(zhì)的量的比值為x．
（1）根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算x=0.4時(shí)，溶液中產(chǎn)生的沉淀是什么，其物質(zhì)的量是多少？
（2）計(jì)算沉淀中只有Fe（OH）₃時(shí)的x的取值范圍．請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出沉淀總量（mol）隨x（0→1）變化的曲線．

Answer 1

分析 （1）因?yàn)镕e（OH）₃的溶度積更小，更容易沉淀，所以Fe（OH）₃先沉淀，當(dāng)Fe³⁺ 反應(yīng)完全，Al³⁺ 再開(kāi)始沉淀，當(dāng)Al（OH）₃沉淀完全，NaOH加過(guò)量，Al（OH）₃開(kāi)始溶解Al³⁺與剩余OH^-比例為1：4時(shí)，沉淀完全溶解為AlO₂^-、當(dāng)Al³⁺、Fe³⁺ 比例為2：5，那么Al³⁺ 有0.04mol，F(xiàn)e³⁺ 有0.06mol、NaOH有0.36mol，那么Fe³⁺ 完全沉淀消耗0.18mol，剩余的OH^-物質(zhì)的量大于0.16mol，Al³⁺ 全部轉(zhuǎn)為AlO₂^-，所以沉淀只有0.06molFe（OH）₃；
（2）一種情況是Fe³⁺ 與所有完全沉淀，需要0.12molFe³⁺，所以不成立，另一種情況是Al³⁺ 全部轉(zhuǎn)為AlO₂^-，那么Al³⁺ 有0.1Xmol，F(xiàn)e³⁺ 有0.1×（1-X）mol，那么氫氧化鈉完全反應(yīng)時(shí)X最大，4×0.1Xmol+3×0.1×（1-X）mol=0.36mol，解得X=0.6mol；采用極限的方法進(jìn)行解答；沉淀只有Fe（OH）₃，計(jì)算沉淀Fe（OH）₃的物質(zhì)的量，沉淀中含有氫氧化鋁時(shí)，沉淀總量=氫氧化鐵的物質(zhì)的量+與鋁離子等物質(zhì)的量的氫氧化鋁的物質(zhì)的量-0.02mol氫氧化鈉溶解的氫氧化鋁的物質(zhì)的量，據(jù)此數(shù)據(jù)畫(huà)出沉淀總量隨x的變化曲線；

解答 解：（1）①n（Al³⁺）+n（Fe³⁺）=0.1mol
       $\frac{n（A{l}^{3+}）}{n（A{l}^{3+}）+n（F{e}^{3+}）}$=0.4
得 n（ Al³⁺ ）=0.04mol，n（Fe³⁺）=0.06mol
   Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃
   1        3         1
0.06mol  n=0.18mol    n=0.06mol
剩余n（OH^-）=4mol/L×0.09L-0.18mol=0.18mol
   Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O
   1       4
0.04mol    n=0.16mol＜0.18mol   
說(shuō)明OH^-離子有剩余，則Al³⁺全部生產(chǎn)偏鋁酸根；
溶液中產(chǎn)生的沉淀是Fe（OH）₃，物質(zhì)的量為0.06mol；
答：溶液中產(chǎn)生的沉淀是Fe（OH）₃，其物質(zhì)的量是0.06mol；
（2）n（Al³⁺）+n（Fe³⁺）=0.1mol
     $\frac{n（A{l}^{3+}）}{n（A{l}^{3+}）+n（F{e}^{3+}）}$=x
得 n（Al³⁺）=0.1x，n（Fe³⁺）=0.1-0.1x
Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃
1          3       
0.1-0.1x n=0.3-0.3x
剩余n（OH^-）=4mol/L×0.090L-（0.3-0.3x）mol=0.06+0.3x
Al³⁺+4OH-=AlO₂^-+2H₂O
1     4
0.04 n=0.4x    對(duì)照題（1）的情況，n（也就是0.4x）必須小于等于剩余的 n（OH^-）時(shí)，即0.4x＜0.06+0.3x時(shí)Al³⁺才會(huì)全部生產(chǎn)偏鋁酸根，得x＜0.6，x大于0混合液所以肯定有Al³⁺，x肯定大于0，當(dāng)沉淀只有Fe（OH）₃時(shí)，x的取值范圍是0＜X≤0.6；
在0≤x≤0.6時(shí)，沉淀只有Fe（OH）₃，F(xiàn)e（OH）₃沉淀量為0.1mol×（1-x）=0.1mol-0.1xmol，
0.6≤x≤1時(shí)，沉淀總量為：0.1mol×（1-x）+0.1mol×x-（0.36mol-0.1mol×3）=0.04mol，所以圖象為：，答：沉淀中只有Fe（OH）₃時(shí)的x的取值范圍是0≤x≤0.6，圖中沉淀總量（mol）隨x（0→1）變化的曲線為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，難度較大，清楚反應(yīng)的過(guò)程是解題的關(guān)鍵，注意判斷鋁離子是否沉淀的特殊點(diǎn)．