Question

准确称取6 g铝土矿样品（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）放入盛有100 mL某浓度硫酸溶液的烧杯中，充分反应后过滤，向滤液中加入10 mol·L^-1的NaOH溶液，产生的沉淀质量m与加入的NaOH溶液的体积V的关系如图所示：

请填空回答：（1）H₂SO₄溶液的物质的量浓度为_________________。
（2）若a=2.3，用于沉淀Fe³⁺消耗NaOH的体积是____________mL，铝土矿中各组成分的质量分数：Al₂O₃为______________，Fe₂O₃为______________，SiO₂为______________。
（3）a值的范围应是______________，在这个范围内，a值越大______________的质量分数越小。

Answer 1

（1）1.75 mol·L^-1
（2）2.7  85%  12%  3%
（3）1.625＜a＜5  Fe₂O₃

（1）从图中可知，当加入35 mL NaOH溶液时沉淀质量达到最大值，此过程可表示为：

由图示关系知，当最后溶液中溶质中有Na₂SO₄时，沉淀的质量最大，此时n（NaOH）="10" mol·L^-1×0.035 L="0.35" mol，由此建立加入H₂SO₄和NaOH的物质的量的关系：
H₂SO₄—Na₂SO₄—2NaOH
1        2
0.175 mol0.35 mol
故c（H₂SO₄）="0.175" mol/0.1 L="1.75" mol·L^-1。
（2）为了方便解答问题（3），在计算有关成分的质量分数时，保留a至最后。由图可知，溶解Al（OH）₃消耗NaOH为10 mol·L^-1×（45-35）×10^-3 L="0.1" mol。
Al₂O₃—    Al³⁺—    Al（OH）₃—   OH^-
0.05 mol      0.1 mol    0.1 mol        0.1 mol
Al₂O₃的质量分数为×100%=85%
沉淀Al³⁺耗NaOH 0.3 mol，沉淀Al³⁺和Fe³⁺共耗NaOH 10 mol·L^-1×（35-a）×10^-3 L，故沉淀Fe³⁺耗NaOH:10 mol·L^-1×（35-a）×10^-3 L-0.3 mol=（0.05-0.01a）mol
Fe₂O₃     —      Fe³⁺?     —      3OH^-
（0.05-0.01a）mol                     （0.05-0.01a）mol
Fe₂O₃的质量分数为×100%=%
SiO₂的质量分数为1-85%-%=%
最后把a=2.3代入上述有关代数式，得沉淀Fe³⁺消耗NaOH的体积：
V（NaOH）=（0.05-0.01a）mol/10 mol·L^-1=（0.05-0.01×2.3）mol/10 mol·L^-1=2.7×10^-3L="2.7" mL。故Fe₂O₃的质量分数为12%；SiO₂的质量分数为3%。
（3）因为Al₂O₃的质量分数与a值无关，即为85%，则Fe₂O₃质量分数必然满足下列不等式：0＜%＜15%，解此不等式得：1.625＜a＜5，结合w（Fe₂O₃）和w（SiO₂）知，a值越大，w（Fe₂O₃）越小，w（SiO₂）越大。