Question

準(zhǔn)確稱取6g鋁土礦樣品（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）放入盛有100mL某濃度硫酸溶液的燒杯中，充分反應(yīng)后過濾，向?yàn)V液中加入10mol?L^-1的NaOH溶液，產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量m與加入的NaOH溶液的體積V的關(guān)系如圖所示．請回答下列問題：
（1）B點(diǎn)時，沉淀的成分是

 

．
（2）OA段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

；BC段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（3）H₂SO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為

 

mol/L．
（4）該鋁土礦樣品中，Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

，F(xiàn)e₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：離子方程式的有關(guān)計(jì)算

專題：計(jì)算題

分析：根據(jù)Al₂O₃是兩性氧化物，既溶液強(qiáng)酸又溶于強(qiáng)堿；Fe₂O₃只溶于強(qiáng)酸，不溶于堿，SiO₂只溶于強(qiáng)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(yīng)后過濾，所得溶液中含有Al³⁺、Fe³⁺，由圖象可知，向?yàn)V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(dāng)加入氫氧化鈉共35mL時，沉淀量最大，此時溶液中溶質(zhì)為硫酸鈉，根據(jù)鈉離子守恒計(jì)算硫酸鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)硫酸根守恒計(jì)算原硫酸溶液中n（H₂SO₄），再根據(jù)c=

n

V

計(jì)算；
從35mL～45mL加入的10mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，發(fā)生反應(yīng)：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，最后剩余固體為氫氧化鐵，根據(jù)n=cV計(jì)算該階段消耗的n（NaOH），再根據(jù)方程式計(jì)算氫氧化鋁的物質(zhì)的量，利用鋁元素守恒計(jì)算n（Al₂O₃），根據(jù)m=nM計(jì)算氧化鋁的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；
利用鋁元素守恒計(jì)算溶液中n（Al³⁺），進(jìn)而計(jì)算鋁離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量，根據(jù)n=cV計(jì)算鐵離子、鋁離子完全消耗的n（NaOH），進(jìn)而計(jì)算n（Fe³⁺），利用鐵元素守恒計(jì)算n（Fe₂O₃），根據(jù)m=nM計(jì)算氧化鐵的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算．

解答： 解：（1）B點(diǎn)時，鐵離子變成氫氧化鐵沉淀，將鋁離子變成氫氧化鋁沉淀，B點(diǎn)時，沉淀的成分是氫氧化鋁和氫氧化鐵；
故答案為：氫氧化鋁和氫氧化鐵；
（2）由圖象可知，向?yàn)V液中加入10mol?L^-1的NaOH溶液，沒有沉淀生成，說明硫酸有剩余，OA段是硫酸與氫氧化鈉反應(yīng)，離子方程式為：H⁺+OH^-=H₂O；BC段氫是氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案為：H⁺+OH^-=H₂O；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）加入氫氧化鈉35mL時，沉淀量最大，此時溶液溶質(zhì)為硫酸鈉，根據(jù)Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=

1

2

n（NaOH）=

1

2

×0.035L×10mol?L^-1=0.175mol，根據(jù)硫酸根守恒，則有：n（H₂SO₄）=0.175mol，
所以原硫酸溶液中c（H₂SO₄）=

0.175mol

0.1L

=1.75mol/L，
故答案為：1.75；
（4）從35mL～45mL加入的10mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，該階段消耗的n（NaOH）=0.01L×10mol?L^-1=0.1mol，根據(jù)方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.1mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.1mol，根據(jù)Al元素守恒可知n（Al₂O₃）=

1

2

×0.1mol=0.05mol，則m（Al₂O₃）=0.05mol×102g/mol=5.1g；
鋁離子完全沉淀消耗氫氧化鈉的物質(zhì)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35mL-2.3mL=32.7mL，故該階段消耗n（NaOH）=0.0327L×10mol/L=0.327mol，故鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.327mol-0.3mol=0.027mol，
則鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的體積為V=

n

c

=

0.027mol

10mol?L-1

=0.0027L=2.7ml，故n（Fe³⁺）=

0.027mol

3

=0.009mol，故m（Fe₂O₃）=0.009mol×

1

2

×160g/mol=0.72g，m（SiO₂）=6-0.72-5.1=0.18g；
鋁土礦中各組成成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Al₂O₃ 為

5.1g

6g

×100%=85%，F(xiàn)e₂O₃ 為

0.72g

6g

×100%=12%；
故答案為：85%；12%．

點(diǎn)評：本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，難度中等，清楚圖象中各階段發(fā)生的反應(yīng)是關(guān)鍵，注意根據(jù)守恒的計(jì)算，（3）中注意利用反應(yīng)判斷沉淀最大值時，溶液中的溶質(zhì)，再利用守恒計(jì)算，可以簡化計(jì)算過程．