Question

电解铝厂的实验室为测定铝土矿（主要成分是Al₂O₃，杂质是Fe₂O₃、SiO₂）样品中Al₂O₃的质量分数，操作如下：
Ⅰ．将铝土矿样品粉碎后加入足量稀H₂SO₄溶液，充分反应后过滤，得滤液a
Ⅱ．向滤液a中加入足量NaOH溶液，充分反应后过滤，得滤液b
Ⅲ．向滤液b中通入足量CO₂，充分反应后过滤、洗涤，得Al（OH）₃沉淀
Ⅳ．…
（1）滤液a中阳离子有

 

（写离子符号）．
（2）操作Ⅱ中反应的离子方程式是

 

．
（3）操作Ⅳ是

 

．
（4）要测定铝土矿样品中Al₂O₃的质量分数，所需数据是

 

（质量数据用x、y…表示，单位是g）；铝土矿样品中Al₂O₃质量分数表达式是

 

（用含x、y…的式子表示）．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）氧化铝、氧化铁与稀硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁，二氧化硅不反应，据此判断滤液a中阳离子组成；
（2）加入足量氢氧化钠溶液，发生反应有：氢离子与氢氧根离子反应生成水、铁离子与氢氧根生成氢氧化铁沉淀、铝离子与氢氧根离子反应生成偏铝酸根离子；
（3）需要得到干燥的氢氧化铝的质量，所以需要干燥氢氧化铝，然后称量氢氧化铝沉淀的质量；
（4）要测定氧化铝的质量分数，需要知道样品总质量、氢氧化铝的质量，利用质量守恒写出铝土矿样品中Al₂O₃质量分数表达式．

解答： 解：（1）将铝土矿样品粉碎后加入足量稀H₂SO₄溶液，Al₂O₃和Fe₂O₃与稀硫酸反应，SiO₂不与稀硫酸反应，所以过滤后得到滤液a中含有阳离子为：H⁺、Al³⁺、Fe³⁺，
故答案为：H⁺、Al³⁺、Fe³⁺；                            
（2）滤液a中含有阳离子为：H⁺、Al³⁺、Fe³⁺，向滤液a中加入足量NaOH溶液，发生反应的离子方程式有：H⁺+OH^-=H₂O、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，
故答案为：H⁺+OH^-=H₂O、Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓；
（3）本实验中需要通过氢氧化铝的质量、氧化铝样品的质量测定样品中氧化铝的质量分数，所以步骤Ⅳ需要干燥Al（OH）₃沉淀并称量其质量，
故答案为：干燥Al（OH）₃沉淀、称量；              
（4）要测定铝土矿样品中Al₂O₃的质量分数，需要通过氢氧化铝沉淀的质量计算出氧化铝的质量，还应该知道样品的质量，设铝土矿样品的质量为xg、氢氧化铝的质量为y，根据质量守恒可知样品中氧化铝的质量为：

yg

78g/mol

×

1

2

×102g/mol=

102y

156

g，
则该铝土矿样品中氧化铝的质量分数为：

102y 156 g

xg

×100%=

102y

156x

×100%，
故答案为：铝土矿样品质量xg、Al（OH）₃质量y g；

102y

156x

×100%．

点评：本题考查了测量铝土矿中氧化铝的质量分数的方法，题目难度中等，明确发生反应原理及测量方法为解答关键，注意掌握化学实验基本操作方法及计算样品含量的方法，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．