Question

17．准确称取5克铝土矿（含Al₂O₃，Fe₂O₃，SiO₂）样品，放入盛有50克某质量分数的硫酸溶液的烧杯中，充分反应后过滤，再向滤液中加入20%的氢氧化钠溶液，产生沉淀的质量与所加入的氢氧化钠溶液质量的关系如图所示．
（提示：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O； NaAlO₂易溶于水）试求：
（1）硫酸溶液的溶质质量分数为多少？
（2）铝土矿中含铝的质量分数为多少？

Answer 1

分析 稀硫酸和氧化铝反应生成硫酸铝和水，和氧化铁反应生成硫酸铁和水，和氢氧化钠反应生成硫酸钠和水；
氢氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，根据反应的化学方程式及其提供的数据可以进行相关方面的计算和判断．

解答 解：（1）Al₂O₃、Fe₂O₃与H₂SO₄反应生成 Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，从图分析，过滤掉SiO₂滤液有H₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，
加入氢氧化钠全部反应需用NaOH溶液量为40g，转化为沉淀Fe（OH）₃、Al（OH）₃，硫酸与它们的反应转化为与NaOH反应；
设硫酸溶液的溶质是质量分数x，
2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O，
  80           98
40g×20%  x×50g
$\frac{80}{40g×20%}$=$\frac{98}{x×50g}$，
x=19.6%，
（2）从图分析，后来沉淀减少是由于Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，用于该反应的NaOH溶液8g，
设铝元素质量是y，
由Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，Al₂（SO₄）₃+6NaOH=2Al（OH）₃↓+3Na₂SO₄，Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，可知
2Al～Al₂O₃～2NaOH，
 设铝元素质量为y，
2Al～Al₂O₃～2NaOH，
54                   80
y            （48g-40g）×20%
$\frac{54}{y}$=$\frac{80}{（48g-40g）×20%}$，
y=1.08g，
铝土矿中含铝的质量分数为：$\frac{1.08g}{5g}$×100%=21.6%，
答：硫酸溶液的溶质质量分数为19.6%，铝土矿中含铝的质量分数为21.6%．

点评 本题主要考查学生运用假设法和化学方程式进行计算和推断的能力，计算时要注意规范性和准确性．