Question

（1）某化學興趣小組按照下列流程進行“由鎂鋁合金制備硫酸鋁晶體”的實驗．
①則鎂鋁合金中加NaOH溶液的化學反應方程式為

 

．
②操作Ⅱ包含的步驟有蒸發濃縮、

 

、過濾、

 

、干燥．
③某興趣小組為測定鎂鋁合金中各組成的質量分數，設計圖1示裝置需要測定的數據有

 

、

 

．（已知該實驗時的溫度、壓強）

（2）現有一定量的AlCl₃和FeCl₃混合溶液，已知其中Al³⁺、Fe³⁺的物質的量之和為0.10mol，若向此溶液加入170mL 2mol?L^-1 NaOH溶液，設Al³⁺物質的量與總物質的量的比值為x．則x=0.4時，沉淀的物質的量為

 

mol．請在圖2中畫出沉淀總量（y mol）隨x（0→1）的變化曲線．

Answer 1

考點：鎂、鋁的重要化合物

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）向鎂鋁合金中加入足量氫氧化鈉溶液，Al和氫氧化鈉溶液生成可溶性的偏鋁酸鈉，鎂不反應，采用過濾的方法進行分離，向濾液中加入稀硫酸條件溶液的pH，得到氫氧化鋁固體，向固體中加入稀硫酸，氫氧化鋁和稀硫酸反應生成硫酸鋁，再將溶液加熱濃縮、冷卻結晶（降溫結晶）、洗滌、干燥得到硫酸鋁晶體；
（2）發生反應Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，OH^-適量時，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，當OH^-過量時，Al（OH）₃溶解；采用極限的方法進行解答．

解答： 解：（1）向鎂鋁合金中加入足量氫氧化鈉溶液，Al和氫氧化鈉溶液生成可溶性的偏鋁酸鈉，鎂不反應，采用過濾的方法進行分離，向濾液中加入稀硫酸條件溶液的pH，得到氫氧化鋁固體，向固體中加入稀硫酸，氫氧化鋁和稀硫酸反應生成硫酸鋁，再將溶液加熱濃縮、結晶得到硫酸鋁晶體；
①鋁和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；②操作Ⅱ包含的步驟有蒸發濃縮、冷卻結晶（降溫結晶）、洗滌、干燥，故答案為：冷卻結晶（降溫結晶）；洗滌；
③某興趣小組為測定鎂鋁合金中各組成的質量分數，根據圖象知，能夠測得氫氣體積，根據金屬和氫氣之間的關系式分析知，設計圖1示裝置需要測定的數據有氫氣的體積、鎂鋁合金的質量，故答案為：氫氣的體積、鎂鋁合金的質量；
（2）Al³⁺、Fe³⁺的物質的量之和為0.10mol，n（NaOH）=2mol/L×0.17L=0.34mol，設Al³⁺物質的量與總物質的量的比值為x．則x=0.4時，n（Al³⁺）=0.04mol，n（Fe³⁺）=0.06mol，鐵離子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Fe³⁺）=0.18mol，鋁離子完全沉淀需要n（NaOH）=3n（Al³⁺）=0.12mol，實際上n（NaOH）大于鐵離子和鋁離子完全沉淀需要的氫氧化鈉的物質的量，所以氫氧化鈉要溶解，假設氫氧化鋁完全溶解，則需要n（NaOH）=n（Al³⁺）=0.04mol，所以氫氧化鋁恰好完全溶解，則生成沉淀的物質的量就是氫氧化鐵的物質的量，為0.06mol；
當溶液中不存在鋁離子時，即x=0時，溶液中存在的沉淀為Fe（OH）₃，根據鐵原子守恒得沉淀的物質的量=n（Fe（OH）₃）=n（Fe³⁺）=0.10mol，
當x=0.4時，生成的氫氧化鋁恰好完全溶解，溶液中沉淀的物質的量為0.06mol；
當x=1.0時，0.1mol的Al³⁺轉化為0.1molAl（OH）₃需要n（NaOH）=0.3mol，還剩余0.04mol氫氧化鈉和氫氧化鋁反應生成偏鋁酸鈉，根據鈉原子守恒知，生成0.04mol氫氧化鋁，所以沉淀的物質的量=0.1mol-0.04mol=0.06mol，
所以當x≥1.0時沉淀的物質的量為0.06mol，
其圖象為





故答案為：0.06 mol；作圖如下．

點評：本題以鋁為載體考查了混合物的計算，根據鋁離子和氫氧化鈉溶液反應特點采用極限的方法進行分析，再結合原子守恒進行解答，題目難度中等．