Question

某合金经分析知含有Fe、Al、Si三种单质，为测定合金的组成，某课外小组取一定量的合金与500mL稀H₂SO₄反应，生成aL标况下的H₂，反应溶液经过滤后，向滤液中加适量的硝酸钾恰好使溶液中的Fe²⁺全部氧化（还原产物只有NO），再向其中加入0.5mol/L的NaOH溶液，所加NaOH溶液体积与产生沉淀的质量变化如图所示。另再取相同质量量的合金，与足量的NaOH反应，也产生aL标况下的H₂。

试求：（1）所加硝酸钾的物质的量

（2）合金中各种单质的质量分数

（3）所加稀硫酸的物质的量浓度

Answer 1

（1）mol（2）Al%=43.5%(1分)Fe%=45.2%(1分)Si%=11.3%(1分) （3）mol/L

解析:

根据图中可知，溶解氢氧化铝沉淀用去40mL NaOH溶液。沉淀Fe³⁺和Al³⁺用去NaOH溶液100mL。由此可算氢氧化铝的物质的量和氢氧化铁的物质的量，又因为合金与酸反应和与碱反应产生的H₂体积相等，故硅的物质的量为铁的物质的量的一半。三种单质的物质的量知道就可计算第（1）、（2）两个问；第（3）问要求出与金属反应用去的酸和NO₃^－存在下与Fe²⁺反应用去的H⁺及最后与NaOH反应的酸。

由图可知：n(Al)=0.04L×0.5mol/L=0.02mol…………………0.5分

n(Fe)=(0.180L-0.120L)×0.5÷3=0.01mol…………… ………0.5分

∵与酸、碱反应生成的H₂体积相等

∴n(Si)=n(Fe)==0.005mol………………………………1分

Fe²⁺加KNO₃ 后发生如下反应：

3Fe²⁺＋NO₃^－＋4H^＋=3Fe³⁺＋NO↑＋2H₂O

      3mol  1mol  4mol 

∴ n(KNO₃)=mol ………………………………………1分

合金的总质量为：

n(Al)×M(Al)＋n(Fe)×M(Fe)＋n(Si)×M(Si)

 =0.02mol×27g/mol＋0.01mol×56g/mol＋0.005mol×28g/mol=1.24g……1分

∴Al%=×100%=43.5%…………………………1分

Fe%=×100%=45.2%…………………………1分

Si%=×100%=11.3%…………………………1分

与金属反应：n(H₂SO₄)=n(Fe)＋n(Al)=0.01+0.03=0.04mol

H₂SO₄   与NO₃^－、Fe²⁺反应：n(H₂SO₄)=n(Fe)=mol              2分

与NaOH反应：n(H₂SO₄)=0.04L×0.5mol/L÷2=0.04mol

∴所加硫酸的物质的量浓度为：（mol+0.04mol+0.04mol）÷0.5L=mol/L

……………………………………………………………………1分