Question

取6g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）硫酸溶液的物质的量浓度．
（2）若b=2.3，则铝土矿中氧化铁的质量分数是多少？

Answer 1

解：（1）当加入NaOH溶液的体积为35ml时，n（NaOH）=0.035L×10mol/L=0.35mol，
此时沉淀的质量达到最大值，则此时溶液的溶质只有Na₂SO₄，
根据Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=n（NaOH）=×0.35mol=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）==1.75mol/L，
答：稀硫酸溶液的物质的量浓度为1.75mol/L；
（2）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-2.3mL=32.7mL，故该阶段消耗n（NaOH）=0.0327L×10mol/L=0.327mol，故铁离子完全沉淀消耗的氢氧化钠为0.327mol-0.3mol=0.027mol，故n（Fe³⁺）==0.009mol，故m（Fe₂O₃）=0.009mol××160g/mol=0.72g，故Fe₂O₃的质量分数为×100%=12%
答：铝土矿中Fe₂O₃的质量分数为12%．
分析：（1）加入35mL氢氧化钠溶液时，沉淀量最大，此时溶液中溶质为硫酸钠，根据钠离子守恒计算硫酸钠的物质的量，再根据硫酸根守恒计算原硫酸溶液中n（H₂SO₄），再根据c=计算；
由图可知，加入35mL氢氧化钠溶液时，沉淀量最大，NaOH溶液的体积超过35mL时，过量的氢氧化钠与氢氧化铝反应：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O；
（2）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．
点评：本题考查混合物的有关计算，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，（1）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．