Question

【题目】准确称取22.7g某矿石样品（含Al2O3、Fe2O3和不溶于水和酸的杂质），放入盛有100mL某浓度的硫酸的烧杯中，充分反应后过滤，向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液，产生的沉淀的质量m与加入NaOH溶液的体积V的关系如图所示．请回答：
（1）硫酸的物质的量浓度是多少？
（2）若a=10，矿石样品中Fe2O3的质量是多少？
（3）试计算a的取值范围．

Answer 1

【答案】
（1）5mol/L
（2）16g
（3）4ml＜a＜70mL
【解析】解：（1）依据图象分析可知，当生成最大量沉淀时，依据硫酸根离子，钠离子守恒，最后生成硫酸钠，2NaOH～H2SO4，氢氧化钠物质的量=0.1L×10mol/L=1mol/L，反应的硫酸物质的量为0.5mol，硫酸物质的量浓度= =5mol/L；

答：硫酸溶液的浓度为5mol/L；（2）Al（OH）3+OH﹣=AlO2﹣+2H2O，消耗氢氧化钠溶液体积10ml，铝离子物质的量=0.010L×10mol/L=0.1mol，生成氢氧化铝沉淀消耗氢氧化钠物质的量为0.3mol；图象分析可知，溶解矿石加入的硫酸过量，开始先发生反应OH﹣+H+=H2O，Fe3++3OH﹣=Fe（OH）3↓，Al3++3OH﹣=Al（OH）3↓；当a=10ml，氢离子消耗氢氧化钠物质的量=0.01L×10mol/L=0.1mol，计算得到沉淀铁离子消耗的氢氧化钠物质的量=0.1L×10mol/L﹣0.1mol﹣0.3mol=0.6mol，Fe3+物质的量为0.2mol，Fe2O3的物质的量为0.1mol，矿石样品中Fe2O3的质量=0.1mol×160g/mol=16g；

答：若a=10，矿石样品中Fe2O3的质量是16g；（3）铝离子物质的量为0.1mol，依据极值法计算得到a的最大值为：只有铝离子时沉淀需要氢氧化钠物质的量为0.3mol，需要氢氧化钠溶液体积为30ml，则a=100ml﹣30ml，但样品中含有氧化铁，a一定小于70ml；假设22.7g某矿石样品中只有含Al2O3、Fe2O3，依据（2）计算可知，Al2O3物质的量为0.05mol，质量=0.05mol×102g/mol=5.1g，则Fe2O3的质量=22.7g﹣5.1g=17.6g，Fe2O3的物质的量= =0.11mol，Fe3+物质的量为0.22mol，消耗氢氧化钠0.66mol，反应形成最大量沉淀消耗氢氧化钠物质的量为0.66mol+0.3mol=0.96mol，需要氢氧化钠溶液的体积= =0.096L；所以a最小为100mL﹣96mL=4mL；则a的取值为：4mL＜a＜70mL；

答：a的取值范围为4mL＜a＜70mL；