Question

【题目】准确称取6g铝土矿样品（含Al2O3、Fe2O3、SiO2），放入100mL浓度的H2SO4溶液中，充分反应后过滤，向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液，产生沉淀与加入NaOH溶液的体积的关系如右图所示，求：
（1）原溶液中c（H2SO4）= mol/L
（2）若a=2.3mL，计算各组分的质量：
m（Al2O3）= g；m（Fe2O3）= g；
（3）计算a值的取值范围： 　＜a＜ ．

Answer 1

【答案】1.75；5.1；0.72；1.625；5
【解析】（1）当加入NaOH溶液的体积为35ml时，n（NaOH）=0.035L×10mol/L=0.35mol，
此时沉淀的质量达到最大值，则此时溶液的溶质只有Na2SO4 ，
根据Na元素守恒有n（Na2SO4）=n（NaOH）=×0.35mol=0.175mol，
根据硫酸根守恒，则有：n（H2SO4）=0.175mol，
所以原硫酸溶液中c（H2SO4）==1.75mol/L，
所以答案是：1.75；
（2）从35mL～45mL加入的10mL氢氧化钠完全溶解氢氧化铝，该阶段消耗的n（NaOH）=0.01L×10mol/L=0.1mol，根据方程式Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O可知，n[Al（OH）3]=0.1mol，故溶液中n（Al3+）=0.1mol，根据Al元素守恒可知n（Al2O3）=×0.1mol=0.05mol，则m（Al2O3）=0.05mol×102g/mol=5.1g；
铝离子完全沉淀消耗氢氧化钠的物质的量为0.1mol×3=0.3mol，铁离子、铝离子完全沉淀消耗的氢氧化钠溶液的体积为35mL﹣2.3mL=32.7mL，故该阶段消耗n（NaOH）=0.0327L×10mol/L=0.327mol，故铁离子完全沉淀消耗的氢氧化钠的物质的量为0.327mol﹣0.3mol=0.027mol，故n（Fe3+）==0.009mol，故m（Fe2O3）=0.009mol××160g/mol=0.72g，
所以答案是：5.1；0.72；
（3）铝离子物质的量为0.1mol，依据极值法计算a的范围：只有铝离子时沉淀需要氢氧化钠物质的量为0.3mol，需要氢氧化钠溶液体积为30ml，则a=35ml﹣30ml=5ml，但样品中含有氧化铁，a一定小于5ml；假设6g某矿石样品中只有含Al2O3、Fe2O3 ， 依据（2）计算可知m（Al2O3）=5.1g，则m（Fe2O3）=6g﹣5.1g=0.9g，n（Fe2O3）==0.005625mol，n（Fe3+）=0.005625mol×2=0.01125mol，消耗氢氧根离子0.03375mol；反应形成最大量沉淀消耗氢氧化钠物质的量为0.03375mol+0.3mol=0.33375mol，需要氢氧化钠溶液的体积为=0.033375L=33.375L，所以a最小为35ml﹣33.375ml=1.625ml；则a的取值为：1.625＜a＜5．