Question

取8g铝土矿（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）样品，放入盛有100mL H₂SO₄溶液的烧杯中，充分反应后过滤，向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液，产生沉淀的量与所加NaOH溶液的体积的关系如图所示．  试求：
（1）Ob段反应的离子方程式为：

H⁺+OH^-=H₂O

（2）硫酸溶液的物质的量浓度为

1.75mol/L

．
（3）若b=2.0，则铝土矿中氧化铁的质量分数是

10%

．

Answer 1

分析：铝土矿（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）样品，放入盛有100mL H₂SO₄溶液的烧杯中，充分反应后过滤，所得溶液中含有Al³⁺、Mg²⁺，
由图象可知，向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液，没有沉淀生成，说明硫酸有剩余，继续加入NaOH溶液，当加入氢氧化钠共35mL时，沉淀量最大，此时溶液溶质为硫酸钠，继续加入氢氧化钠发生Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，最后剩余固体为氢氧化镁，
从35mL～45mL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）由图象可知，向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液，没有沉淀生成，说明硫酸有剩余，发生H⁺+OH^-=H₂O，故答案为：H⁺+OH^-=H₂O；
（2）加入氢氧化钠35mL时，沉淀量最大，此时溶液溶质为硫酸钠，
根据Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=

1

2

n（NaOH）=

1

2

×0.035L×10mol/L=0.175mol，
根据硫酸根守恒，则有：n（H₂SO₄）=0.175mol，
所以原硫酸溶液中c（H₂SO₄）=

0.175mol

0.1L

=1.75mol/L，
故答案为：1.75mol/L；
（3）从35mL～45mL加入的10mL氢氧化钠完全溶解氢氧化铝，该阶段消耗的n（NaOH）=0.01L×10mol/L=0.1mol，根据方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.1mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.1mol，铝离子完全沉淀消失氢氧化钠为0.1mol×3=0.3mol，铁离子、铝离子完全消耗的氢氧化钠溶液的体积为35mL-2.0mL=33mL，故该阶段消耗n（NaOH）=0.033L×10mol/L=0.33mol，故铁离子完全沉淀消耗的氢氧化钠为0.33mol-0.3mol=0.03mol，故n（Fe³⁺）=

0.03mol

3

=0.01mol，
故m（Fe₂O₃）=0.01mol×

1

2

×160g/mol=0.8g，故Fe₂O₃的质量分数为

0.8g

8g

×100%=10%，
故答案为：10%．

点评：本题考查混合物的有关计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，难度中等，清楚图象中各阶段发生的反应是关键，注意根据守恒的计算，（2）中注意利用反应判断沉淀最大值时，溶液中的溶质，再利用守恒计算，可以简化计算过程．