Question

准确称取6g铝土矿（含Al2O3，Fe2O3，SiO2）样品，放入盛有100mLH2SO4溶液的烧杯中，充分反应后过滤，向滤

准确称取6g铝土矿（含Al2O3，Fe2O3，SiO2）样品，放入盛有100mLH2SO4溶液的烧杯中，充分反应后过滤，向滤液中加入10mol/LNaOH溶液，产生沉淀的量与所加NaOH溶液的体积关系如图所示．试求：（1）硫酸溶液的物质的量浓度．（2）若b=2.3，则铝土矿中各成分的质量分数分别是多少？（3）b值的范围是在______之间，在这个范围内，b值越大，______的含量越少．

Answer 1

（1）当加入NaOH溶液的体积为35ml时，n（NaOH）=0.035L×10mol/L=0.35mol，
此时沉淀的质量达到最大值，则此时溶液的溶质只有Na₂SO₄，
根据Na元素守恒有n（Na₂SO₄）=

1

2

n（NaOH）=

1

2

×0.35mol=0.175mol，
根据硫酸根守恒，则有：n（H₂SO₄）=0.175mol，
所以原硫酸溶液中c（H₂SO₄）=

0.175mol

0.1L

=1.75mol/L，
答：稀硫酸溶液的物质的量浓度为1.75mol/L；
（2）从35mL～45mL加入的10mL氢氧化钠完全溶解氢氧化铝，该阶段消耗的n（NaOH）=0.01L×10mol/L=0.1mol，根据方程式Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知，n[Al（OH）₃]=0.1mol，故溶液中n（Al³⁺）=0.1mol，故m（Al₂O₃）=0.1mol×

1

2

×102g/mol=5.1g，故氧化铝的质量分数为

5.1g

6g

×100%=85%；铝离子完全沉淀消失氢氧化钠为0.1mol×3=0.3mol，铁离子、铝离子完全消耗的氢氧化钠溶液的体积为35mL-2.3mL=32.7mL，故该阶段消耗n（NaOH）=0.0327L×10mol/L=0.327mol，故铁离子完全沉淀消耗的氢氧化钠为0.327mol-0.3mol=0.027mol，故n（Fe³⁺）=

0.027mol

3

=0.009mol，故m（Fe₂O₃）=0.009mol×

1

2

×160g/mol=0.72g，故Fe₂O₃的质量分数为

0.72g

6g

×100%=12%；则SiO₂的质量分数为100%-85%-12%=2%，
答：铝土矿中氧化铝的质量分数为85%；铝土矿中Fe₂O₃的质量分数为12%；SiO₂的质量分数为100%-85%-12%=2%；
（3）铝离子物质的量为0.1mol，依据极值法计算b的范围：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=35ml-30ml=5ml，但样品中含有氧化铁，b一定小于5ml；所以b值越大，氧化铁含量越少；假设6g某矿石样品中只有含Al₂O₃、Fe₂O₃，依据（2）计算可知m（Al₂O₃）=5.1g，则m（Fe₂O₃）=6g-5.1g=0.9g，n（Fe₂O₃）=

0.9g

160g/mol

=0.005625mol，n（Fe³⁺）=0.005625mol×2=0.01125mol，消耗氢氧根离子0.03375mol；反应形成最大量沉淀消耗氢氧化钠物质的量为0.03375mol+0.3mol=0.33375mol，需要氢氧化钠溶液的体积为

0.33375mol

10mol/L

=0.033375L=33.375L，所以b最小为35ml-33.375ml=1.625ml；则b的取值为：1.625＜b＜5，
故答案：1.625＜a＜5；Fe₂O₃．