Question

现有AlCl₃和FeCl₃混合溶液，其中Al³⁺和Fe³⁺的物质的量之和为0.1mol，在此溶液中加入80mL 浓度为4mol/L的NaOH溶液，使其充分反应，设Al³⁺的物质的量与总物质的量的比值为x．
（1）根据反应的化学方程式计算，当x=0.5 时，溶液中产生的沉淀及其物质的量是______．
（2）当沉淀中只有Fe（OH）₃时，x的取值范围是______，请在图中画出沉淀总量（mol）随x（0→1.0）变化的曲线．
（3）若Al³⁺和Fe³⁺的物质的量之和为 n mol （ n为合理取值），其他条件不变，当沉淀中同时有Fe（OH）₃、Al（OH）₃时，x的取值范围是（用含有n、x的式子表示）______．

Answer 1

【答案】分析：（1）发生反应Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，OH^-适量时，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，当OH^-过量时，Al（OH）₃溶解，生成AlO₂^-． n（OH^-）=0.08L×4mol/L=0.32mol，OH^-对于两种离子生成沉淀是过量的，肯定可以使Al（OH）₃溶解一些或全部，计算剩余的氢氧根离子物质的量，再根据Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O进行计算，确定剩余氢氧化铝的物质的量，据此解答；
（2）计算Fe³⁺消耗的氢氧根离子的物质的量，进而计算Fe³⁺反应剩余的氢氧根离子的物质的量，沉淀中无Al（OH）₃，剩余氢氧根离子的物质的量应≥0.4x，据此计算；
沉淀只有Fe（OH）₃，计算沉淀Fe（OH）₃的物质的量，沉淀中含有氢氧化铝时，沉淀总量=氢氧化铁的物质的量+与铝离子等物质的量的氢氧化铝的物质的量-0.02mol氢氧化钠溶解的氢氧化铝的物质的量，据此数据画出沉淀总量随x的变化曲线；
（3）计算Fe³⁺消耗的氢氧根离子的物质的量，进而计算Fe³⁺反应剩余的氢氧根离子的物质的量，沉淀中含有Al（OH）₃，剩余氢氧根离子的物质的量应小于4倍铝离子的物质的量，据此计算．
解答：解：（1）发生反应Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②，
Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，
OH^-适量时，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，当OH^-过量时，Al（OH）₃溶解，生成AlO₂^-． Al³⁺和Fe³⁺的物质的量之和为0.1mol，完全沉淀需要消耗OH^-物质的量为0.1mol×3=0.3mol，加入n（OH^-）=0.08L×4mol/L=0.32mol，大于0.3mol，OH^-对于两种离子生成沉淀是过量的，溶液中n（Al³⁺）=n（Fe³⁺）=0.1mol×0.5=0.05mol，
先发生①②，生成n[Al（OH）₃]=n[Fe（OH）₃]=0.05mol，
剩余OH^-的物质的量为0.32mol-0.1mol×3=0.02mol，再发生反应③，溶解Al（OH）₃为0.02mol，故沉淀中Al（OH）₃
0.05mol-0.02mol=0.03mol，n[Fe（OH）₃]=0.05mol，
故答案为：0.05 mol Fe（OH）₃、0.03 mol Al（OH）₃；
（2）Fe³⁺的物质的量为0.1mol×（1-x），消耗的OH^-物质的量为0.1mol×（1-x）×3，Fe³⁺反应后剩余的OH^-物质的量为0.32mol-0.1mol×（1-x）×3，沉淀中无Al（OH）₃，则0.32mol-0.1mol×（1-x）×3≥0.1mol×x×4，解得x≤0.2，故0≤x≤0.2；
在0≤x≤0.2时，沉淀只有Fe（OH）₃，Fe（OH）₃沉淀量为0.1mol×（1-x）=0.1mol-0.1xmol，
0.2≤x≤1时，沉淀总量为：0.1mol×（1-x）+0.1mol×x-（0.32mol-0.1mol×3）=0.08mol，
故沉淀总量（mol）随x（0→1.0）变化的曲线为；
故答案为：0≤x≤0.2；；
（3）Fe³⁺的物质的量为nmol×（1-x），消耗的OH^-物质的量为nmol×（1-x）×3，Fe³⁺反应后剩余的OH^-物质的量为0.32mol-nmol×（1-x）×3，沉淀中有Al（OH）₃，则0.32mol-nmol×（1-x）×3＜nmol×x×4，解得x＞-3，故
-3＜x＜1，
故答案为：-3＜x＜1．
点评：本题考查混合物的有关计算，难度较大，清楚反应的过程是解题的关键，注意判断铝离子是否沉淀的特殊点．