Question

1．向50mL NaOH溶液中逐渐通入一定量的CO₂（假设溶液体积不变），随后取此溶液10mL，将其稀释至100mL，并向此稀释后的溶液中逐滴加入0.1mol•L^-1的盐酸，产生CO₂气体的体积（标准状况下）与所加入的盐酸的体积关系如图1所示．
（1）写出OA段所发生反应的离子方程式：H⁺+OH^-═H₂O、CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-．
（2）NaOH在吸收CO₂后，所得溶液的溶质为NaOH、Na₂CO₃，其物质的量浓度之比为1：1．
（3）产生的CO₂体积（标准状况下）为56ml．
（4）原NaOH溶液的物质的量浓度为0.75mol/L．
（5）铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃）是工业上制备氧化铝的主要原料（试剂a是NaOH溶液）．
准确称取6g铝土矿样品，加入100mL盐酸溶液，充分反应后向滤液中加入10mol•L^-1试剂a的溶液，产生沉淀的质量与加入试剂a的体积关系如图2所示，则所用盐酸溶液的物质的量浓度为3.5mol•L^-1，样品中Al₂O₃的质量百分含量为85%．

Answer 1

分析 当生成CO₂气体时，发生反应NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，由图可知，生成CO₂气体至最大，消耗HCl为75mL，若二氧化碳与NaOH反应后溶液中只有Na₂CO₃，由Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl可知，将Na₂CO₃转化为NaHCO₃应消耗HCl为25mL，而图象中开始生成CO₂气体时消耗HCl体积为50mL，说明该阶段还发生反应：NaOH+HCl=NaCl+H₂O，溶液中溶质为NaOH、Na₂CO₃，
（1）根据发生的反应书写离子方程式；
（2）中和NaOH消耗HCl的体积为50mL-25mL=25mL，根据反应消耗盐酸的体积计算NaOH、Na₂CO₃的物质的量之比；
（3）生成二氧化碳消耗消耗25mL盐酸，根据NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑计算二氧化碳体积；
（4）生成CO₂气体最大时，此时溶液中溶质为NaCl，根据钠离子、氯离子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）=n（HCl），进而计算氢氧化钠的浓度；
（5）由图象可知，当加入NaOH溶液的体积为35ml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元素守恒计算；根据溶解氢氧化铝消耗10ml NaOH溶液，就能知Al（OH）₃的物质的量，从而就能求出氧化铝的质量以及在混合物中的质量分数．

解答 解：当生成CO₂气体时，发生反应NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，由图可知，生成CO₂气体至最大，消耗HCl为75mL，若二氧化碳与NaOH反应后溶液中只有Na₂CO₃，由Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl可知，将Na₂CO₃转化为NaHCO₃应消耗HCl为25mL，而图象中开始生成CO₂气体时消耗HCl体积为50mL，说明该阶段还发生反应：NaOH+HCl=NaCl+H₂O，溶液中溶质为NaOH、Na₂CO₃，
（1）由上述分析可知OA段所发生反应的离子方程式为：H⁺+OH^-═H₂O、CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-，
故答案为：H⁺+OH^-═H₂O、CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-；
（2）中和NaOH消耗HCl的体积为50mL-25mL=25mL，由方程式可知NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量之比等于两个过程分别消耗盐酸的体积之比，故NaOH、Na₂CO₃的物质的量之比=25mL：25mL=1：1，浓度之比是1：1，
故答案为：NaOH、Na₂CO₃；1：1；
（3）生成二氧化碳消耗消耗25mL盐酸，根据NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，可知CO₂体积（标准状况下）为0.025L×0.1mol/L×22.4L/mol=0.056L=56mL，
故答案为：56；
（4）生成CO₂气体最大时，此时溶液中溶质为NaCl，根据钠离子、氯离子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）=n（HCl）=0.075L×0.1mol/L=0.0075mol，故原氢氧化钠溶液的浓度=$\frac{0.0075mol}{0.01L}$=0.75mol/L，
故答案为：0.75mol/L；
（5）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NaCl，根据Na元素守恒，则有：n（HCl）=n（NaCl）=n（NaOH）=0.35mol，
c（HCl）=$\frac{0.35mol}{0.1L}$=3.5mol/L，
由图象可知，生成的氢氧化铝溶解消耗的NaOH为10ml，设Al（OH）₃为 Xmol，
     Al（OH）₃ ～NaOH                                                          
    1 mol       1 mol                       
  x mol        10mol•L^-1×0.01L                        
解得：x=0.1 mol，
而 2Al（OH）₃ ～Al₂O₃  由此可知，n（Al₂O₃）═0.05 mol  
铝土矿中 Al₂O₃ 的质量分数为：ω%=$\frac{0.05mol×102g/mol}{6g}$=85%，
故答案为：3.5 mol•L^-1；85%．

点评 本题以框图题形式考查了铝的化合物的性质、离子方程式的计算，题目难度中等，明确发生反应的实质为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力．