Question

7．现有AlCl₃和FeCl₃混合溶液，其中Al³⁺和Fe³⁺的物质的量之和为0.1mol，在此溶液中加入90mL浓度为4mol/L的NaOH溶液，使其充分反应，设Al³⁺的物质的量与总物质的量的比值为x．
（1）根据反应的化学方程式计算x=0.4时，溶液中产生的沉淀是什么，其物质的量是多少？
（2）计算沉淀中只有Fe（OH）₃时的x的取值范围．请在图中画出沉淀总量（mol）随x（0→1）变化的曲线．

Answer 1

分析 （1）因为Fe（OH）₃的溶度积更小，更容易沉淀，所以Fe（OH）₃先沉淀，当Fe³⁺ 反应完全，Al³⁺ 再开始沉淀，当Al（OH）₃沉淀完全，NaOH加过量，Al（OH）₃开始溶解Al³⁺与剩余OH^-比例为1：4时，沉淀完全溶解为AlO₂^-、当Al³⁺、Fe³⁺ 比例为2：5，那么Al³⁺ 有0.04mol，Fe³⁺ 有0.06mol、NaOH有0.36mol，那么Fe³⁺ 完全沉淀消耗0.18mol，剩余的OH^-物质的量大于0.16mol，Al³⁺ 全部转为AlO₂^-，所以沉淀只有0.06molFe（OH）₃；
（2）一种情况是Fe³⁺ 与所有完全沉淀，需要0.12molFe³⁺，所以不成立，另一种情况是Al³⁺ 全部转为AlO₂^-，那么Al³⁺ 有0.1Xmol，Fe³⁺ 有0.1×（1-X）mol，那么氢氧化钠完全反应时X最大，4×0.1Xmol+3×0.1×（1-X）mol=0.36mol，解得X=0.6mol；采用极限的方法进行解答；沉淀只有Fe（OH）₃，计算沉淀Fe（OH）₃的物质的量，沉淀中含有氢氧化铝时，沉淀总量=氢氧化铁的物质的量+与铝离子等物质的量的氢氧化铝的物质的量-0.02mol氢氧化钠溶解的氢氧化铝的物质的量，据此数据画出沉淀总量随x的变化曲线；

解答 解：（1）①n（Al³⁺）+n（Fe³⁺）=0.1mol
       $\frac{n（A{l}^{3+}）}{n（A{l}^{3+}）+n（F{e}^{3+}）}$=0.4
得 n（ Al³⁺ ）=0.04mol，n（Fe³⁺）=0.06mol
   Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃
   1        3         1
0.06mol  n=0.18mol    n=0.06mol
剩余n（OH^-）=4mol/L×0.09L-0.18mol=0.18mol
   Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O
   1       4
0.04mol    n=0.16mol＜0.18mol   
说明OH^-离子有剩余，则Al³⁺全部生产偏铝酸根；
溶液中产生的沉淀是Fe（OH）₃，物质的量为0.06mol；
答：溶液中产生的沉淀是Fe（OH）₃，其物质的量是0.06mol；
（2）n（Al³⁺）+n（Fe³⁺）=0.1mol
     $\frac{n（A{l}^{3+}）}{n（A{l}^{3+}）+n（F{e}^{3+}）}$=x
得 n（Al³⁺）=0.1x，n（Fe³⁺）=0.1-0.1x
Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃
1          3       
0.1-0.1x n=0.3-0.3x
剩余n（OH^-）=4mol/L×0.090L-（0.3-0.3x）mol=0.06+0.3x
Al³⁺+4OH-=AlO₂^-+2H₂O
1     4
0.04 n=0.4x    对照题（1）的情况，n（也就是0.4x）必须小于等于剩余的 n（OH^-）时，即0.4x＜0.06+0.3x时Al³⁺才会全部生产偏铝酸根，得x＜0.6，x大于0混合液所以肯定有Al³⁺，x肯定大于0，当沉淀只有Fe（OH）₃时，x的取值范围是0＜X≤0.6；
在0≤x≤0.6时，沉淀只有Fe（OH）₃，Fe（OH）₃沉淀量为0.1mol×（1-x）=0.1mol-0.1xmol，
0.6≤x≤1时，沉淀总量为：0.1mol×（1-x）+0.1mol×x-（0.36mol-0.1mol×3）=0.04mol，所以图象为：，答：沉淀中只有Fe（OH）₃时的x的取值范围是0≤x≤0.6，图中沉淀总量（mol）随x（0→1）变化的曲线为：．

点评 本题考查混合物的有关计算，难度较大，清楚反应的过程是解题的关键，注意判断铝离子是否沉淀的特殊点．