Question

【題目】準確稱取22.7g某礦石樣品（含Al2O3、Fe2O3和不溶于水和酸的雜質），放入盛有100mL某濃度的硫酸的燒杯中，充分反應后過濾，向濾液中加入10mol/L的NaOH溶液，產生的沉淀的質量m與加入NaOH溶液的體積V的關系如圖所示．請回答：
（1）硫酸的物質的量濃度是多少？
（2）若a=10，礦石樣品中Fe2O3的質量是多少？
（3）試計算a的取值范圍．

Answer 1

【答案】
（1）5mol/L
（2）16g
（3）4ml＜a＜70mL
【解析】解：（1）依據圖象分析可知，當生成最大量沉淀時，依據硫酸根離子，鈉離子守恒，最后生成硫酸鈉，2NaOH～H2SO4，氫氧化鈉物質的量=0.1L×10mol/L=1mol/L，反應的硫酸物質的量為0.5mol，硫酸物質的量濃度= =5mol/L；

答：硫酸溶液的濃度為5mol/L；（2）Al（OH）3+OH﹣=AlO2﹣+2H2O，消耗氫氧化鈉溶液體積10ml，鋁離子物質的量=0.010L×10mol/L=0.1mol，生成氫氧化鋁沉淀消耗氫氧化鈉物質的量為0.3mol；圖象分析可知，溶解礦石加入的硫酸過量，開始先發生反應OH﹣+H+=H2O，Fe3++3OH﹣=Fe（OH）3↓，Al3++3OH﹣=Al（OH）3↓；當a=10ml，氫離子消耗氫氧化鈉物質的量=0.01L×10mol/L=0.1mol，計算得到沉淀鐵離子消耗的氫氧化鈉物質的量=0.1L×10mol/L﹣0.1mol﹣0.3mol=0.6mol，Fe3+物質的量為0.2mol，Fe2O3的物質的量為0.1mol，礦石樣品中Fe2O3的質量=0.1mol×160g/mol=16g；

答：若a=10，礦石樣品中Fe2O3的質量是16g；（3）鋁離子物質的量為0.1mol，依據極值法計算得到a的最大值為：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=100ml﹣30ml，但樣品中含有氧化鐵，a一定小于70ml；假設22.7g某礦石樣品中只有含Al2O3、Fe2O3，依據（2）計算可知，Al2O3物質的量為0.05mol，質量=0.05mol×102g/mol=5.1g，則Fe2O3的質量=22.7g﹣5.1g=17.6g，Fe2O3的物質的量= =0.11mol，Fe3+物質的量為0.22mol，消耗氫氧化鈉0.66mol，反應形成最大量沉淀消耗氫氧化鈉物質的量為0.66mol+0.3mol=0.96mol，需要氫氧化鈉溶液的體積= =0.096L；所以a最小為100mL﹣96mL=4mL；則a的取值為：4mL＜a＜70mL；

答：a的取值范圍為4mL＜a＜70mL；