题目内容

18.若甲、乙、丙三位同学用规定的药品制备Al(OH)3,规定必用的药品如下:350g 70% H2SO4溶液,NaOH固体240g,足量铝屑,水(不能用其他药品).
甲、乙、丙用各自设计的方案制得Al(OH)3的质量分别是W1,W2,W3.三种实验方案如下:
甲:铝→加NaOH溶液→加H2SO4溶液→W1g Al(OH)3
乙:铝→加H2SO4溶液→加NaOH溶液→W2g Al(OH)3
丙:$\left.\begin{array}{l}{{铝→加H}_{2}S{O}_{4}溶液}\\{铝→加NaOH溶液}\end{array}\right\}$→W3g Al(OH)3.
试回答:
(1)从充分利用原料、降低成本和提高产率等因素分析,实验方案最合理的是丙;
(2)三位学生制得的Al(OH)3,W1,W2,W3其质量由大到小的顺序是W3>W1>W2;
(3)制得Al(OH)3的最大质量是520g.

分析 硫酸的物质的量为$\frac{350g×70%}{98g/mol}$=2.5mol,NaOH的物质的量$\frac{240g}{40g/mol}$=6mol,
甲中关系式为:Al~OH-~AlO2-~H+~Al(OH)3↓,硫酸过量,存在关系式:Al(OH)3~3H+~Al3+,
乙中关系式为:Al~3H+~Al3+~3OH-~Al(OH)3↓,氢氧化钠过量,存在关系式:Al(OH)3↓~OH-~AlO2-,
丙中关系式为:Al~3H+~Al3+,Al~OH-~AlO2-,3AlO2-~Al3+~4Al(OH)3↓,
结合关系式分析计算解答.

解答 解:(1)甲中关系式为:Al~OH-~AlO2-~H+~Al(OH)3↓,制备2molAl(OH)3,消耗2molOH-、2molH+;
乙中关系式为:Al~3H+~Al3+~3OH-~Al(OH)3↓,制备2molAl(OH)3,消耗6molOH-、6molH+;
丙中关系式为:Al~3H+~Al3+,Al~OH-~AlO2-,3AlO2-~Al3+~4Al(OH)3↓,制备2molAl(OH)3,消耗1.5molOH-、1.5molH+,
制备相同物质的量的制备Al(OH)3,丙消耗酸、碱最少,故实验方案最合理的是:丙,故答案为:丙;
(2)硫酸的物质的量为$\frac{350g×70%}{98g/mol}$=2.5mol,n(H+)=5mol,NaOH的物质的量$\frac{240g}{40g/mol}$=6mol,
甲中:由Al~OH-~AlO2-~H+~Al(OH)3↓,6molNaOH反应,得到6molAlO2-,消耗5molH+生成5molAl(OH)3;
乙中:由Al~3H+~Al3+~3OH-~Al(OH)3↓,5molH+反应,得到$\frac{5}{3}$molAl3+,消耗5molOH-得到$\frac{5}{3}$molAl(OH)3,剩余1molOH-,由Al(OH)3↓~OH-~AlO2-,可以溶解1molAl(OH)3,最终得到Al(OH)3为$\frac{5}{3}$mol-1mol=$\frac{2}{3}$mol;
丙中:由Al~3H+~Al3+,可知5molH+反应,得到$\frac{5}{3}$molAl3+,由Al~OH-~AlO2-,可知6molNaOH反应,得到6molAlO2-,由3AlO2-~Al3+~4Al(OH)3↓,可知Al3+不足,故得到Al(OH)3为$\frac{5}{3}$mol×4=$\frac{20}{3}$mol,
故W1,W2,W3其质量由大到小的顺序是:W3>W1>W2,
故答案为:W3>W1>W2;
(3)根据(2)中计算可知,Al(OH)3的最大质量为$\frac{20}{3}$mol×78g/mol=520g,
故答案为:520g.

点评 本题考查实验方案评价、化学方程式有关计算,题目涉及过程多,注意利用关系式解答,注意硫酸、氢氧化钠为定量,不能根据得到相同量的氢氧化铝消耗硫酸、氢氧化钠的量判断沉淀质量关系,难度较大.

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