Question

准确称取5克铝土矿（含Al₂O₃，Fe₂O₃，SiO₂）样品，放入盛有50克某质量分数的硫酸溶液的烧杯中，充分反应后过滤，再向滤液中加入20%的氢氧化钠溶液，产生沉淀的质量与所加入的氢氧化钠溶液质量的关系如右图所示．试求：

（1）硫酸溶液的溶质质量分数为多少？
（2）铝土矿中含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂各多少？
（提示：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，NaAlO₂易溶于水）

Answer 1

分析：（1）利用硫酸与Al₂O₃，Fe₂O₃反应后生成Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，再有它们与氢氧化钠反应生成沉淀，就转化成了硫酸与NaOH反应，对硫酸的溶质质量分数进行求解．
（2）利用化学方程式结合图象中的两个关键点：消耗40g氢氧化钠是沉淀的最大值；沉淀减少时主要的是发生的Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，消耗氢氧化钠的质量是8g，再结合质量守恒定律及关系式法分析解决即可

解答：解：（1）Al₂O₃、Fe₂O₃与H₂SO₄反应生成 Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，从图分析，过滤掉SiO₂滤液有H₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）_3，
加入氢氧化钠全部反应需用NaOH溶液量为40克，转化为沉淀Fe（OH）₃、Al（OH）₃，硫酸与它们的反应转化为与NaOH反应．
设硫酸溶液的溶质是质量分数X
  2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O
  80      98
40g×20%  X×50g

80

98

=

40g×20%

X×50g

     
X=19.6%
（2）从图分析，后来沉淀减少是由于Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，用于该反应的NaOH
溶液8克．设生成的氢氧化铝的质量是Y
Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
78        40
Y        8g×20%        

78

40

=

Y

8g×20%

 Y=3.12克
根据化学方程式或化学反应前后原子个数不变
Al₂O₃～Al₂（SO₄）₃～2Al（OH）₃
102                   78×2
Z                      3.12g  

102

156

=

Z

3.12g

 Z=2.04克
假设与硫酸铝反应的氢氧化钠质量是A
Al₂（SO₄）₃+6NaOH=2Al（OH）₃↓+3Na₂SO₄
            240     156
             A      3.12g 

240

156

=

A

3.12g

 A=4.8g
Fe₂O₃～Fe₂（SO₄）₃～6NaOH
160                 240
B           （40-4）g×20%-4.8g=2.4g   

160

240

=

B

2.4g

 B=1.6g
SiO₂：5-2.04-1.6=1.36克
答：（1）硫酸溶液的溶质质量分数为19.6%（2）铝土矿中含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂的质量分别是2.04g、1.6g、1.36g．

点评：此题是一道计算的综合型题目，解题的关键是对图象的分析以及元素守恒的综合运用，按难度应该属于竞赛题性质的范畴．