Question

14．（1）某化学兴趣小组按照图1流程进行“由镁铝合金制备硫酸铝晶体”的实验．

则镁铝合金中加NaOH溶液的化学反应方程式为2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，金属X是Mg，固体A的化学式Al（OH）₃，操作②包含的步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、干燥．
（2）某兴趣小组为测定镁铝合金中各组成的质量分数，设计图2装置．则仪器甲的名称水槽，需要测定的数据有氢气的体积、镁铝合金的质量．（已知该实验时的温度压强）
（3）现有一定量的AlCl₃和FeCl₃混合溶液，已知其中Al³⁺、Fe³⁺的物质的量之和为0.10mol，若向此溶液加入170mL 2mol/L NaOH溶液，设Al³⁺物质的量与总物质的量的比值为x．则x=0.4时，沉淀的物质的量为0.06mol．请在图3中画出沉淀总量（y mol）随x（0→1）变化曲线．

Answer 1

分析 本题以铝与镁的化学性质差异，选择合理的实验途径制备硫酸铝晶体的实验操作及探究镁铝混合物成分的方法，利用镁不能碱反应，用NaOH溶液先将镁铝分离并得到偏铝酸钠溶液，对滤液进行酸化调整溶液pH8-9得到氢氧化铝沉淀，过虑后将溶解在稀硫酸中，最后将硫酸铝溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等到目标产物，至于镁铝混合物的组份测定，只要通过测定合金与足量酸反应生成的氢气量及合金的总质量即可计算；
（1）由流程图可知，向镁铝合金中加入足量氢氧化钠溶液，Al和氢氧化钠溶液生成可溶性的偏铝酸钠，镁不反应，采用过滤的方法进行分离，金属X是 Mg，向滤液中加入稀硫酸条件溶液的pH，得到氢氧化铝固体，向固体中加入稀硫酸，氢氧化铝和稀硫酸反应生成硫酸铝，再将溶液加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铝晶体；
（2）根据图象知，能够测得氢气体积，根据金属和氢气之间的关系式分析知，设计图1示装置需要测定的数据有氢气的体积、镁铝合金的质量；
（3）发生反应Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，OH^-适量时，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，当OH^-过量时，Al（OH）₃溶解；采用极限的方法进行解答．

解答 解：（1）由流程图可知，向镁铝合金中加入足量氢氧化钠溶液，Al和氢氧化钠溶液生成可溶性的偏铝酸钠，反应方程式为：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，镁不反应，采用过滤的方法进行分离，则金属X是Mg，向滤液中加入稀硫酸条件溶液的pH，得到氢氧化铝固体，则固体A的化学式 Al（OH）₃，向固体中加入稀硫酸，氢氧化铝和稀硫酸反应生成硫酸铝，再将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铝晶体；
故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；Mg；Al（OH）₃；冷却结晶；
（2）某兴趣小组为测定镁铝合金中各组成的质量分数，根据图象知，在水槽中用排水法能够测得氢气体积，根据金属和氢气之间的关系式分析知，设计图1示装置需要测定的数据有氢气的体积、镁铝合金的质量，故答案为：水槽；氢气的体积、镁铝合金的质量；
（3）Al³⁺、Fe³⁺的物质的量之和为0.10mol，n（NaOH）=2mol/L×0.17L=0.34mol，设Al³⁺物质的量与总物质的量的比值为x．则x=0.4时，n（Al³⁺）=0.04mol，n（Fe³⁺）=0.06mol，铁离子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Fe³⁺）=0.18mol，铝离子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Al³⁺）=0.12mol，实际上n（NaOH）大于铁离子和铝离子完全沉淀需要的氢氧化钠的物质的量，所以氢氧化钠要溶解，假设氢氧化铝完全溶解，则需要n（NaOH）=n（Al³⁺）=0.04mol，所以氢氧化铝恰好完全溶解，则生成沉淀的物质的量就是氢氧化铁的物质的量，为0.06mol；
其图象为，故答案为：0.06；．

点评 本题以铝为载体考查了混合物的计算，根据铝离子和氢氧化钠溶液反应特点采用极限的方法进行分析，再结合原子守恒进行解答，题目难度中等．