Question

3．准确称取5克铝土矿（含Al₂O₃，Fe₂O₃，SiO₂）样品，放入盛有50克某质量分数的硫酸溶液的烧杯中，充分反应后过滤，再向滤液中加入20%的氢氧化钠溶液，产生沉淀的质量与所加入的氢氧化钠溶液质量的关系如右图所示．试求：
（1）硫酸溶液的溶质质量分数为多少？19.6%
（2）铝土矿中含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂各多少？2.04克、
1.6克、1.36克
[提示：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O   NaAlO₂易溶于水]．

Answer 1

分析 （1）利用硫酸与Al₂O₃，Fe₂O₃反应后生成Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，再有它们与氢氧化钠反应生成沉淀，就转化成了硫酸与NaOH反应，对硫酸的溶质质量分数进行求解．
（2）利用化学方程式结合图象中的两个关键点：消耗40g氢氧化钠是沉淀的最大值；沉淀减少时主要的是发生的Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，消耗氢氧化钠的质量是8g，再结合质量守恒定律及关系式法分析解决即可

解答 解：（1）Al₂O₃、Fe₂O₃与H₂SO₄反应生成 Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，从图分析，过滤掉SiO₂滤液有H₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，
加入氢氧化钠全部反应需用NaOH溶液量为40克，转化为沉淀Fe（OH）₃、Al（OH）₃，硫酸与它们的反应转化为与NaOH反应．
设硫酸溶液的溶质是质量分数X
  2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O
  80            98
40g×20%  X×50g
$\frac{80}{40g×20%}=\frac{98}{X×50g}$     
X=19.6%
（2）从图分析，后来沉淀减少是由于Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，用于该反应的NaOH
溶液8克．设生成的氢氧化铝的质量是Y
Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
78                 40
Y               8g×20%        
$\frac{78}{Y}=\frac{40}{8g×20%}$
 Y=3.12克
设氧化铝的质量为Z
根据化学方程式或化学反应前后原子个数不变
Al₂O₃～Al₂（SO₄）₃～2Al（OH）₃
102                                 78×2
Z                                    3.12g  
$\frac{102}{Z}=\frac{78×2}{3.12g}$
 Z=2.04克
假设与硫酸铝反应的氢氧化钠质量是A
Al₂（SO₄）₃+6NaOH=2Al（OH）₃↓+3Na₂SO₄
                       240          156
                        A          3.12g 
$\frac{240}{A}=\frac{156}{3.12g}$
 A=4.8g
设氧化铁的质量为B
Fe₂O₃～Fe₂（SO₄）₃～6NaOH
160                               240
B           （40-4）g×20%-4.8g=2.4g   
$\frac{160}{B}=\frac{240}{2.4g}$
 B=1.6g
SiO₂：5g-2.04g-1.6g=1.36g
答：（1）硫酸溶液的溶质质量分数为19.6%（2）铝土矿中含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂的质量分别是2.04g、1.6g、1.36g．

点评 此题是一道计算的综合型题目，解题的关键是对图象的分析以及元素守恒的综合运用，按难度应该属于竞赛题性质的范畴．