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．
则镁铝合金中加NaOH溶液的化学反应方程式为

 

，
金属X是

 

，固体A的化学式

 

，操作②包含的步骤有蒸发浓缩、

 

、过滤、干燥．
（2）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所示装置．则仪器甲的名称

 

，需要测定的数据有

 

．
（3）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 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）变化曲线．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,化学方程式的有关计算,探究物质的组成或测量物质的含量,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）由流程图可知，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，金属X是 Mg，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）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；
（3）发生反应Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，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）由流程图可知，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↑，金属X是Mg，固体A的化学式 Al（OH）₃，
故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；Mg；Al（OH）₃；
②操作Ⅱ有硫酸铝溶液制备硫酸铝晶体包含的步骤有蒸发浓缩、冷却结晶（降温结晶）、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：冷却结晶（降温结晶）；
（2）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，在水槽中用排水法能够测得氢气体积，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：水槽；氢气的体积、镁铝合金的质量；
（3）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；
其图象为，故答案为：0.06；．

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