Question

17．准确称取10.0g铝土矿样品（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂），加入100mL硫酸溶液，充分反应后向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液，产生沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示：
（1）计算所用硫酸溶液的物质的量浓度为2.25mol/L；
（2）Al₂O₃的物质的量为0.05mol；
（3）SiO₂的质量为1.7g．

Answer 1

分析 根据Al₂O₃是两性氧化物，既溶液强酸又溶于强碱；Fe₂O₃只溶于强酸，不溶于碱，SiO₂只溶于强碱，不溶于酸；铝土矿样品，放入盛有100mL H₂SO₄溶液的烧杯中，充分反应后过滤，所得溶液中含有Al³⁺、Fe³⁺，由图象可知，向滤液中加入10mol•L^-1的NaOH溶液，没有沉淀生成，说明硫酸有剩余，继续加入NaOH溶液，铁离子变成氢氧化铁沉淀，将铝离子变成为氢氧化铝沉淀，当加入氢氧化钠共45mL时，沉淀量最大，此时溶液中溶质为硫酸钠，根据钠离子守恒计算硫酸钠的物质的量，再根据硫酸根守恒计算原硫酸溶液中n（H₂SO₄），再根据c=$\frac{n}{V}$计算，由此分析解答．

解答 解：（1）入氢氧化钠45mL时，沉淀量最大，此时溶液溶质为硫酸钠，根据Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.045L×10mol•L^-1=0.225mol，根据硫酸根守恒，则有：n（H₂SO₄）=0.225mol，
所以原硫酸溶液中c（H₂SO₄）=$\frac{0.225mol}{0.1L}$=2.25 mol/L，
故答案为：2.25 mol/L；
（2）而氢氧化钠体积在45ml到55ml，溶液的是氢氧化铝，反应的方程式为：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=10mol/L×0.01L=0.1mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.1mol，根据Al元素守恒可知n（Al₂O₃）=$\frac{1}{2}$×0.1mol=0.05mol，故答案为：0.05；
（3）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45mL-3mL=42mL，故该阶段消耗n（NaOH）=0.042L×10mol/L=0.42mol，故铁离子完全沉淀消耗的氢氧化钠的物质的量为0.42mol-0.3mol=0.12mol，
故n（Fe³⁺）=$\frac{0.12mol}{3}$=0.04mol，故m（Fe₂O₃）=0.04mol×$\frac{1}{2}$×160g/mol=3.2，m（SiO₂）=10-0.05×102-3.2=1.7g，故答案为：1.7．

点评 本题考查混合物的有关计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，难度中等，清楚图象中各阶段发生的反应是关键，注意根据守恒的计算，（1）中注意利用反应判断沉淀最大值时，溶液中的溶质，再利用守恒计算，可以简化计算过程．