Question

準確稱取6 g鋁土礦樣品（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）放入盛有100 mL某濃度硫酸溶液的燒杯中，充分反應后過濾，向濾液中加入10 mol·L^-1的NaOH溶液，產生的沉淀質量m與加入的NaOH溶液的體積V的關系如圖所示：

請填空回答：（1）H₂SO₄溶液的物質的量濃度為_________________。
（2）若a=2.3，用于沉淀Fe³⁺消耗NaOH的體積是____________mL，鋁土礦中各組成分的質量分數：Al₂O₃為______________，Fe₂O₃為______________，SiO₂為______________。
（3）a值的范圍應是______________，在這個范圍內，a值越大______________的質量分數越小。

Answer 1

（1）1.75 mol·L^-1
（2）2.7  85%  12%  3%
（3）1.625＜a＜5  Fe₂O₃

（1）從圖中可知，當加入35 mL NaOH溶液時沉淀質量達到最大值，此過程可表示為：

由圖示關系知，當最后溶液中溶質中有Na₂SO₄時，沉淀的質量最大，此時n（NaOH）="10" mol·L^-1×0.035 L="0.35" mol，由此建立加入H₂SO₄和NaOH的物質的量的關系：
H₂SO₄—Na₂SO₄—2NaOH
1        2
0.175 mol0.35 mol
故c（H₂SO₄）="0.175" mol/0.1 L="1.75" mol·L^-1。
（2）為了方便解答問題（3），在計算有關成分的質量分數時，保留a至最后。由圖可知，溶解Al（OH）₃消耗NaOH為10 mol·L^-1×（45-35）×10^-3 L="0.1" mol。
Al₂O₃—    Al³⁺—    Al（OH）₃—   OH^-
0.05 mol      0.1 mol    0.1 mol        0.1 mol
Al₂O₃的質量分數為×100%=85%
沉淀Al³⁺耗NaOH 0.3 mol，沉淀Al³⁺和Fe³⁺共耗NaOH 10 mol·L^-1×（35-a）×10^-3 L，故沉淀Fe³⁺耗NaOH:10 mol·L^-1×（35-a）×10^-3 L-0.3 mol=（0.05-0.01a）mol
Fe₂O₃     —      Fe³⁺?     —      3OH^-
（0.05-0.01a）mol                     （0.05-0.01a）mol
Fe₂O₃的質量分數為×100%=%
SiO₂的質量分數為1-85%-%=%
最后把a=2.3代入上述有關代數式，得沉淀Fe³⁺消耗NaOH的體積：
V（NaOH）=（0.05-0.01a）mol/10 mol·L^-1=（0.05-0.01×2.3）mol/10 mol·L^-1=2.7×10^-3L="2.7" mL。故Fe₂O₃的質量分數為12%；SiO₂的質量分數為3%。
（3）因為Al₂O₃的質量分數與a值無關，即為85%，則Fe₂O₃質量分數必然滿足下列不等式：0＜%＜15%，解此不等式得：1.625＜a＜5，結合w（Fe₂O₃）和w（SiO₂）知，a值越大，w（Fe₂O₃）越小，w（SiO₂）越大。