Question

【題目】準確稱取6g鋁土礦樣品（含Al2O3、Fe2O3、SiO2），放入100mL濃度的H2SO4溶液中，充分反應后過濾，向濾液中加入10mol/L的NaOH溶液，產生沉淀與加入NaOH溶液的體積的關系如右圖所示，求：
（1）原溶液中c（H2SO4）= mol/L
（2）若a=2.3mL，計算各組分的質量：
m（Al2O3）= g；m（Fe2O3）= g；
（3）計算a值的取值范圍： 　＜a＜ ．

Answer 1

【答案】1.75；5.1；0.72；1.625；5
【解析】（1）當加入NaOH溶液的體積為35ml時，n（NaOH）=0.035L×10mol/L=0.35mol，
此時沉淀的質量達到最大值，則此時溶液的溶質只有Na2SO4 ，
根據Na元素守恒有n（Na2SO4）=n（NaOH）=×0.35mol=0.175mol，
根據硫酸根守恒，則有：n（H2SO4）=0.175mol，
所以原硫酸溶液中c（H2SO4）==1.75mol/L，
所以答案是：1.75；
（2）從35mL～45mL加入的10mL氫氧化鈉完全溶解氫氧化鋁，該階段消耗的n（NaOH）=0.01L×10mol/L=0.1mol，根據方程式Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O可知，n[Al（OH）3]=0.1mol，故溶液中n（Al3+）=0.1mol，根據Al元素守恒可知n（Al2O3）=×0.1mol=0.05mol，則m（Al2O3）=0.05mol×102g/mol=5.1g；
鋁離子完全沉淀消耗氫氧化鈉的物質的量為0.1mol×3=0.3mol，鐵離子、鋁離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉溶液的體積為35mL﹣2.3mL=32.7mL，故該階段消耗n（NaOH）=0.0327L×10mol/L=0.327mol，故鐵離子完全沉淀消耗的氫氧化鈉的物質的量為0.327mol﹣0.3mol=0.027mol，故n（Fe3+）==0.009mol，故m（Fe2O3）=0.009mol××160g/mol=0.72g，
所以答案是：5.1；0.72；
（3）鋁離子物質的量為0.1mol，依據極值法計算a的范圍：只有鋁離子時沉淀需要氫氧化鈉物質的量為0.3mol，需要氫氧化鈉溶液體積為30ml，則a=35ml﹣30ml=5ml，但樣品中含有氧化鐵，a一定小于5ml；假設6g某礦石樣品中只有含Al2O3、Fe2O3 ， 依據（2）計算可知m（Al2O3）=5.1g，則m（Fe2O3）=6g﹣5.1g=0.9g，n（Fe2O3）==0.005625mol，n（Fe3+）=0.005625mol×2=0.01125mol，消耗氫氧根離子0.03375mol；反應形成最大量沉淀消耗氫氧化鈉物質的量為0.03375mol+0.3mol=0.33375mol，需要氫氧化鈉溶液的體積為=0.033375L=33.375L，所以a最小為35ml﹣33.375ml=1.625ml；則a的取值為：1.625＜a＜5．