Question

准确称取6 g铝土矿样品(含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂)，放入100 mL某浓度的H₂SO₄溶液中，充分反应后过滤，向滤液中加入10 mol·L^-1的NaOH溶液，产生沉淀与加入NaOH溶液的体积的关系如下图所示：

求：(1)H₂SO₄溶液的物质的量浓度。

(2)若a=2.3 mL，计算各组分的质量。

Answer 1

(1)1.75 mol·L^-1

(2)Al₂O₃的质量为5.1 g，Fe₂O₃的质量为0.72 g，SiO₂的质量为0.18 g.

解析：(1)由图示可知，OA段表示溶液中过量的H₂SO₄与NaOH反应，AB段表示从开始生成沉淀到达到最大值，BC段表示Al(OH)₃沉淀溶解，C点以后表示沉淀只剩下Fe(OH)₃，继续加入NaOH溶液，沉淀质量不变.

方法1：

显然，当加入35 mL NaOH溶液时沉淀质量达到最大值，此时溶液中溶质只有Na₂SO₄，即加入OH^-物质的量与溶液中H⁺物质的量相等.因此：

n(H₂SO₄)=n(H⁺)=n(OH^-)=×0.35 mol = 0.175 mol

故c(H₂SO₄)==1.75 mol·L^-1

方法2：

35—45 mL为

    Al(OH)₃+NaOHNaAlO₂+2H₂O

                     1             1

10 mol·L^-1×0.01 L     n(NaAlO₂)

n(NaAlO₂)=10 mol·L^-1×0.01 L=0.1 mol=2n(Al₂O₃)

n(Al₂O₃)=0.05 mol  n(Al³⁺)=0.1 mol

反应到45 mL溶液中只有NaAlO₂和Na₂SO₄

n_总(NaOH)=n(NaAlO₂)+2n(Na₂SO₄)

n(Na₂SO₄)=(10 mol·L^-1×0.045 L-0.1 mol)/2=0.175 mol=n(H₂SO₄)

c(H₂SO₄)==1.75 mol·L^-1

(2)m(Al₂O₃)=0.05 mol×102 g·mol^-1=5.1 g

3n(Al³⁺)+3n(Fe³⁺)=(35 mL-2.3 mL)×10^-3 L·mL^-1×10 mol·L^-1=0.327 mol

n(Fe³⁺)=0.109 mol-0.1 mol=0.009 mol

m(Fe₂O₃)==0.72 g

m(SiO₂)=6 g-0.72 g-5.1 g=0.18 g