Question

（1）某化学兴趣小组按照下列流程进行“由镁铝合金制备硫酸铝晶体”的实验．
①则镁铝合金中加NaOH溶液的化学反应方程式为

 

．
②操作Ⅱ包含的步骤有蒸发浓缩、

 

、过滤、

 

、干燥．
③某兴趣小组为测定镁铝合金中各组成的质量分数，设计图1示装置需要测定的数据有

 

、

 

．（已知该实验时的温度、压强）

（2）现有一定量的AlCl₃和FeCl₃混合溶液，已知其中Al³⁺、Fe³⁺的物质的量之和为0.10mol，若向此溶液加入170mL 2mol?L^-1 NaOH溶液，设Al³⁺物质的量与总物质的量的比值为x．则x=0.4时，沉淀的物质的量为

 

mol．请在图2中画出沉淀总量（y mol）随x（0→1）的变化曲线．

Answer 1

考点：镁、铝的重要化合物

专题：几种重要的金属及其化合物

分析：（1）向镁铝合金中加入足量氢氧化钠溶液，Al和氢氧化钠溶液生成可溶性的偏铝酸钠，镁不反应，采用过滤的方法进行分离，向滤液中加入稀硫酸条件溶液的pH，得到氢氧化铝固体，向固体中加入稀硫酸，氢氧化铝和稀硫酸反应生成硫酸铝，再将溶液加热浓缩、冷却结晶（降温结晶）、洗涤、干燥得到硫酸铝晶体；
（2）发生反应Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，OH^-适量时，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，当OH^-过量时，Al（OH）₃溶解；采用极限的方法进行解答．

解答： 解：（1）向镁铝合金中加入足量氢氧化钠溶液，Al和氢氧化钠溶液生成可溶性的偏铝酸钠，镁不反应，采用过滤的方法进行分离，向滤液中加入稀硫酸条件溶液的pH，得到氢氧化铝固体，向固体中加入稀硫酸，氢氧化铝和稀硫酸反应生成硫酸铝，再将溶液加热浓缩、结晶得到硫酸铝晶体；
①铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应方程式为：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；②操作Ⅱ包含的步骤有蒸发浓缩、冷却结晶（降温结晶）、洗涤、干燥，故答案为：冷却结晶（降温结晶）；洗涤；
③某兴趣小组为测定镁铝合金中各组成的质量分数，根据图象知，能够测得氢气体积，根据金属和氢气之间的关系式分析知，设计图1示装置需要测定的数据有氢气的体积、镁铝合金的质量，故答案为：氢气的体积、镁铝合金的质量；
（2）Al³⁺、Fe³⁺的物质的量之和为0.10mol，n（NaOH）=2mol/L×0.17L=0.34mol，设Al³⁺物质的量与总物质的量的比值为x．则x=0.4时，n（Al³⁺）=0.04mol，n（Fe³⁺）=0.06mol，铁离子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Fe³⁺）=0.18mol，铝离子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Al³⁺）=0.12mol，实际上n（NaOH）大于铁离子和铝离子完全沉淀需要的氢氧化钠的物质的量，所以氢氧化钠要溶解，假设氢氧化铝完全溶解，则需要n（NaOH）=n（Al³⁺）=0.04mol，所以氢氧化铝恰好完全溶解，则生成沉淀的物质的量就是氢氧化铁的物质的量，为0.06mol；
当溶液中不存在铝离子时，即x=0时，溶液中存在的沉淀为Fe（OH）₃，根据铁原子守恒得沉淀的物质的量=n（Fe（OH）₃）=n（Fe³⁺）=0.10mol，
当x=0.4时，生成的氢氧化铝恰好完全溶解，溶液中沉淀的物质的量为0.06mol；
当x=1.0时，0.1mol的Al³⁺转化为0.1molAl（OH）₃需要n（NaOH）=0.3mol，还剩余0.04mol氢氧化钠和氢氧化铝反应生成偏铝酸钠，根据钠原子守恒知，生成0.04mol氢氧化铝，所以沉淀的物质的量=0.1mol-0.04mol=0.06mol，
所以当x≥1.0时沉淀的物质的量为0.06mol，
其图象为





故答案为：0.06 mol；作图如下．

点评：本题以铝为载体考查了混合物的计算，根据铝离子和氢氧化钠溶液反应特点采用极限的方法进行分析，再结合原子守恒进行解答，题目难度中等．