Question

现有AlCl₃和FeCl₃混合溶液，其中Al³⁺和Fe³⁺的物质的量之和为0.1 mol，在此溶液中加入90 mL　4 mol·L^－1的NaOH溶液，使其充分反应，设Al³⁺物质的量与总物质的量的比值为x．

(1)计算溶液中产生的沉淀只有Fe(OH)₃时x的取值范围．请在坐标图中作出沉淀总量(mol)随x(0→1)变化的曲线．

(2)若Fe³⁺和Al³⁺物质的量之和为A mol(A为合理数值)，其他条件不变时，求沉淀中同时有Fe(OH)₃和Al(OH)₃的x取值范围和各沉淀的物质的量(用含A、x的式子表示)．

Answer 1

答案：
解析：

　　解：(1)向AlCl₃、FeCl₃混和溶液中加入NaOH溶液时发生如下反应：

　　Al³⁺＋3OH^－Al(OH)₃↓

　　Al(OH)₃＋OH^－AlO₂^－＋2H₂O

　　Fe³⁺＋3OH^－Fe(OH)₃↓

　　已知：n(Al³⁺)＝0.1x mol，n(Fe³⁺)＝0.1(1－x)mol

　　反应中共用去NaOH：90×10^－3 L×4 mol·L^－1＝0.36 mol．

　　由反应过程可知：

　　Al³⁺Al(OH)₃↓AlO₂^－

　　0.1x　　　　　　0.1x　　　　　　　0.1x

　　Fe³⁺Fe(OH)₃↓

　　0.1(1－x)　　　　　0.1(1－x)

　　使Fe³⁺、Al³⁺完全形成沉淀共需0.3 mol OH^－，实际的投入量为0.36 mol，这说明要使沉淀中只有Fe(OH)₃，那么Al³⁺的量必须满足生成的Al(OH)₃能被0.06 mol OH^－所溶解，因此根据上述关系得0.1x≤0.06，考虑到0＜x＜1，所以，0＜x≤0.6．

　　当x＝0时，沉淀只有Fe(OH)₃，且其物质的量为0.1 mol；

　　当x＝0.6时，沉淀只有Fe(OH)₃，其物质的量为0.1(1－x)mol＝0.04 mol；

　　当0.6＜x≤1时，沉淀中既有Fe(OH)₃，又有Al(OH)₃，其物质的量分别为：

　　n[Fe(OH)₃]＝0.1(1－x)，n[Al(OH)₃]＝0.1x－[0.09×4－0.3(1－x)－0.3x]＝0.1x－0.06．

　　所以，沉淀总量n＝0.1(1－x)mol＋(0.1x－0.06)mol＝0.04 mol．

　　作图时选择起点(0，0.10)，转折点(0.6，0.04)和终点(1.0，0.04)，然后用直线将以上三点连接起来，即可得沉淀总量随x的变化曲线;

　　(2)由题知：n(Al³⁺)＋n(Fe³⁺)＝A mol，其中，n(Al³⁺)＝Ax mol，n(Fe³⁺)＝A(1－x)mol．

　　由反应过程可知：

　　Fe³⁺Fe(OH)₃↓

　　A(1－x)　　　　　A(1－x)

　　Al³⁺Al(OH)₃↓AlO₂^－

　　Ax　　　　　　Ax　　　　　　　　Ax

　　生成Fe(OH)₃和Al(OH)₃共用去OH^－为3Ax＋3A(1－x)＝3A mol．所以过量的OH^－为(0.36－3A)mol．

　　要使沉淀中同时含有Fe(OH)₃和Al(OH)₃，过量的OH^－就不能使生成的Al(OH)₃全部溶解．故有：

　　0.36－3A＜Ax

　　考虑到0＜x＜1，所以－3＜x＜1．

　　各沉淀的物质的量为：

　　n[Fe(OH)₃]＝A(1－x)mol

　　n[Al(OH)₃]＝Ax－(0.36－3A)mol