Question

現(xiàn)有AlCl₃和FeCl₃混合溶液，其中Al³⁺和Fe³⁺的物質(zhì)的量之和為0.1mol，在此溶液中加入80mL 濃度為4mol/L的NaOH溶液，使其充分反應(yīng)，設(shè)Al³⁺的物質(zhì)的量與總物質(zhì)的量的比值為x．
（1）根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算，當(dāng)x=0.5 時(shí)，溶液中產(chǎn)生的沉淀及其物質(zhì)的量是______．
（2）當(dāng)沉淀中只有Fe（OH）₃時(shí)，x的取值范圍是______，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出沉淀總量（mol）隨x（0→1.0）變化的曲線．
（3）若Al³⁺和Fe³⁺的物質(zhì)的量之和為 n mol （ n為合理取值），其他條件不變，當(dāng)沉淀中同時(shí)有Fe（OH）₃、Al（OH）₃時(shí)，x的取值范圍是（用含有n、x的式子表示）______．

Answer 1

解：（1）發(fā)生反應(yīng)Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②，
Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，
OH^-適量時(shí)，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，當(dāng)OH^-過(guò)量時(shí)，Al（OH）₃溶解，生成AlO₂^-． Al³⁺和Fe³⁺的物質(zhì)的量之和為0.1mol，完全沉淀需要消耗OH^-物質(zhì)的量為0.1mol×3=0.3mol，加入n（OH^-）=0.08L×4mol/L=0.32mol，大于0.3mol，OH^-對(duì)于兩種離子生成沉淀是過(guò)量的，溶液中n（Al³⁺）=n（Fe³⁺）=0.1mol×0.5=0.05mol，
先發(fā)生①②，生成n[Al（OH）₃]=n[Fe（OH）₃]=0.05mol，
剩余OH^-的物質(zhì)的量為0.32mol-0.1mol×3=0.02mol，再發(fā)生反應(yīng)③，溶解Al（OH）₃為0.02mol，故沉淀中Al（OH）₃
0.05mol-0.02mol=0.03mol，n[Fe（OH）₃]=0.05mol，
故答案為：0.05 mol Fe（OH）₃、0.03 mol Al（OH）₃；
（2）Fe³⁺的物質(zhì)的量為0.1mol×（1-x），消耗的OH^-物質(zhì)的量為0.1mol×（1-x）×3，F(xiàn)e³⁺反應(yīng)后剩余的OH^-物質(zhì)的量為0.32mol-0.1mol×（1-x）×3，沉淀中無(wú)Al（OH）₃，則0.32mol-0.1mol×（1-x）×3≥0.1mol×x×4，解得x≤0.2，故0≤x≤0.2；
在0≤x≤0.2時(shí)，沉淀只有Fe（OH）₃，F(xiàn)e（OH）₃沉淀量為0.1mol×（1-x）=0.1mol-0.1xmol，
0.2≤x≤1時(shí)，沉淀總量為：0.1mol×（1-x）+0.1mol×x-（0.32mol-0.1mol×3）=0.08mol，
故沉淀總量（mol）隨x（0→1.0）變化的曲線為；
故答案為：0≤x≤0.2；；
（3）Fe³⁺的物質(zhì)的量為nmol×（1-x），消耗的OH^-物質(zhì)的量為nmol×（1-x）×3，F(xiàn)e³⁺反應(yīng)后剩余的OH^-物質(zhì)的量為0.32mol-nmol×（1-x）×3，沉淀中有Al（OH）₃，則0.32mol-nmol×（1-x）×3＜nmol×x×4，解得x＞-3，故
-3＜x＜1，
故答案為：-3＜x＜1．
分析：（1）發(fā)生反應(yīng)Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓①Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓②Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O ③，OH^-適量時(shí)，Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，當(dāng)OH^-過(guò)量時(shí)，Al（OH）₃溶解，生成AlO₂^-． n（OH^-）=0.08L×4mol/L=0.32mol，OH^-對(duì)于兩種離子生成沉淀是過(guò)量的，肯定可以使Al（OH）₃溶解一些或全部，計(jì)算剩余的氫氧根離子物質(zhì)的量，再根據(jù)Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O進(jìn)行計(jì)算，確定剩余氫氧化鋁的物質(zhì)的量，據(jù)此解答；
（2）計(jì)算Fe³⁺消耗的氫氧根離子的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算Fe³⁺反應(yīng)剩余的氫氧根離子的物質(zhì)的量，沉淀中無(wú)Al（OH）₃，剩余氫氧根離子的物質(zhì)的量應(yīng)≥0.4x，據(jù)此計(jì)算；
沉淀只有Fe（OH）₃，計(jì)算沉淀Fe（OH）₃的物質(zhì)的量，沉淀中含有氫氧化鋁時(shí)，沉淀總量=氫氧化鐵的物質(zhì)的量+與鋁離子等物質(zhì)的量的氫氧化鋁的物質(zhì)的量-0.02mol氫氧化鈉溶解的氫氧化鋁的物質(zhì)的量，據(jù)此數(shù)據(jù)畫(huà)出沉淀總量隨x的變化曲線；
（3）計(jì)算Fe³⁺消耗的氫氧根離子的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算Fe³⁺反應(yīng)剩余的氫氧根離子的物質(zhì)的量，沉淀中含有Al（OH）₃，剩余氫氧根離子的物質(zhì)的量應(yīng)小于4倍鋁離子的物質(zhì)的量，據(jù)此計(jì)算．
點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，難度較大，清楚反應(yīng)的過(guò)程是解題的關(guān)鍵，注意判斷鋁離子是否沉淀的特殊點(diǎn)．