Question

4．准确称取12g铝土矿样品（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）放入盛有500mL某浓度盐酸溶液的烧杯中，充分反应后过滤，向滤液中加入10mol•L^-1的NaOH溶液，产生的沉淀质量m与加入的NaOH溶液的体积V的关系如图所示：请填空回答：
（1）HCl溶液的物质的量浓度为1.4mol/L．
（2）若a=4.3，用于沉淀Fe³⁺消耗NaOH的体积是5.7mL，铝土矿中各成分：Al₂O₃质量为10.2 g，SiO₂质量分数为2.3%．

Answer 1

分析 （1）加入70mL氢氧化钠溶液时，沉淀量最大，此时溶液中溶质为氯化钠，根据钠离子守恒计算氢化钠的物质的量，根据钠元素、氯离子守恒有n（HCl）=n（NaCl）=n（NaOH），再根据c=V$\frac{n}{V}$计算；
（2）从70mL～90mL加入的10mL氢氧化钠完全溶解氢氧化铝，根据n=cV计算该阶段消耗的n（NaOH），再根据方程式计算氢氧化铝的物质的量，利用铝元素守恒计算溶液中n（Al³⁺），进而计算铝离子完全沉淀消耗的氢氧化钠的物质的量，根据n=cV计算铁离子、铝离子完全消耗的n（NaOH），进而计算n（Fe³⁺），利用铁元素守恒计算n（Fe₂O₃），根据m=nM计算氧化铁的质量，根据质量分数定义计算；

解答 解：（1）当加入NaOH溶液的体积为70ml时，n（NaOH）=0.07L×10mol/L=0.7mol，
此时沉淀的质量达到最大值，则此时溶液的溶质只有NaCl，
根据Na元素守恒有n（NaCl）=n（NaOH）=0.7mol，
n（HCl）=n（NaCl）=n（NaOH）=0.7mol，
所以原盐酸溶液中c（HCl）=$\frac{0.7mol}{0.5L}$=1.75mol/L，
故答案为：1.4mol/L；
（2）从70mL～90mL加入的20mL氢氧化钠完全溶解氢氧化铝，该阶段消耗的n（NaOH）=0.02L×10mol/L=0.2mol，根据方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.2mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.2mol，根据Al元素守恒可知n（Al₂O₃）=0.1mol，则m（Al₂O₃）=0.1mol×102g/mol=10.2g；
铝离子完全沉淀消耗氢氧化钠的物质的量为0.2mol×3=0.6mol，铁离子、铝离子完全沉淀消耗的氢氧化钠溶液的体积为70mL-4.3mL=65.7mL，故该阶段消耗n（NaOH）=0.0657L×10mol/L=0.657mol，故铁离子完全沉淀消耗的氢氧化钠的物质的量为0.657mol-0.6mol=0.057mol，
则铁离子完全沉淀消耗的氢氧化钠的体积为V=$\frac{0.057mol}{10mol/L}$=0.0057L=52.7ml，
故n（Fe³⁺）=$\frac{0.057mol}{3}$=0.019mol，故m（Fe₂O₃）=0.019mol×$\frac{1}{2}$×160g/mol=1.52g，m（SiO₂）=12-10.2g-1.52g=0.28g；
SiO₂为$\frac{0.28g}{12g}×100%$=2.3%．
故答案为：5.7；10.2 g；2.3%．

点评 本题考查化学计算，涉及方程式的计算、混合物的计算、图象计算等，难度中等，清楚图象各段反应是解题的关键．