Question

18．若甲、乙、丙三位同學(xué)用規(guī)定的藥品制備Al（OH）₃，規(guī)定必用的藥品如下：350g 70% H₂SO₄溶液，NaOH固體240g，足量鋁屑，水（不能用其他藥品）．
甲、乙、丙用各自設(shè)計(jì)的方案制得Al（OH）₃的質(zhì)量分別是W₁，W₂，W₃．三種實(shí)驗(yàn)方案如下：
甲：鋁→加NaOH溶液→加H₂SO₄溶液→W₁g Al（OH）₃
乙：鋁→加H₂SO₄溶液→加NaOH溶液→W₂g Al（OH）₃
丙：$\left.\begin{array}{l}{{鋁→加H}_{2}S{O}_{4}溶液}\\{鋁→加NaOH溶液}\end{array}\right\}$→W₃g Al（OH）₃．
試回答：
（1）從充分利用原料、降低成本和提高產(chǎn)率等因素分析，實(shí)驗(yàn)方案最合理的是丙；
（2）三位學(xué)生制得的Al（OH）₃，W₁，W₂，W₃其質(zhì)量由大到小的順序是W₃＞W(wǎng)₁＞W(wǎng)₂；
（3）制得Al（OH）₃的最大質(zhì)量是520g．

Answer 1

分析 硫酸的物質(zhì)的量為$\frac{350g×70%}{98g/mol}$=2.5mol，NaOH的物質(zhì)的量$\frac{240g}{40g/mol}$=6mol，
甲中關(guān)系式為：Al～OH^-～AlO₂^-～H⁺～Al（OH）₃↓，硫酸過(guò)量，存在關(guān)系式：Al（OH）₃～3H⁺～Al³⁺，
乙中關(guān)系式為：Al～3H⁺～Al³⁺～3OH^-～Al（OH）₃↓，氫氧化鈉過(guò)量，存在關(guān)系式：Al（OH）₃↓～OH^-～AlO₂^-，
丙中關(guān)系式為：Al～3H⁺～Al³⁺，Al～OH^-～AlO₂^-，3AlO₂^-～Al³⁺～4Al（OH）₃↓，
結(jié)合關(guān)系式分析計(jì)算解答．

解答 解：（1）甲中關(guān)系式為：Al～OH^-～AlO₂^-～H⁺～Al（OH）₃↓，制備2molAl（OH）₃，消耗2molOH^-、2molH⁺；
乙中關(guān)系式為：Al～3H⁺～Al³⁺～3OH^-～Al（OH）₃↓，制備2molAl（OH）₃，消耗6molOH^-、6molH⁺；
丙中關(guān)系式為：Al～3H⁺～Al³⁺，Al～OH^-～AlO₂^-，3AlO₂^-～Al³⁺～4Al（OH）₃↓，制備2molAl（OH）₃，消耗1.5molOH^-、1.5molH⁺，
制備相同物質(zhì)的量的制備Al（OH）₃，丙消耗酸、堿最少，故實(shí)驗(yàn)方案最合理的是：丙，故答案為：丙；
（2）硫酸的物質(zhì)的量為$\frac{350g×70%}{98g/mol}$=2.5mol，n（H⁺）=5mol，NaOH的物質(zhì)的量$\frac{240g}{40g/mol}$=6mol，
甲中：由Al～OH^-～AlO₂^-～H⁺～Al（OH）₃↓，6molNaOH反應(yīng)，得到6molAlO₂^-，消耗5molH⁺生成5molAl（OH）₃；
乙中：由Al～3H⁺～Al³⁺～3OH^-～Al（OH）₃↓，5molH⁺反應(yīng)，得到$\frac{5}{3}$molAl³⁺，消耗5molOH^-得到$\frac{5}{3}$molAl（OH）₃，剩余1molOH^-，由Al（OH）₃↓～OH^-～AlO₂^-，可以溶解1molAl（OH）₃，最終得到Al（OH）₃為$\frac{5}{3}$mol-1mol=$\frac{2}{3}$mol；
丙中：由Al～3H⁺～Al³⁺，可知5molH⁺反應(yīng)，得到$\frac{5}{3}$molAl³⁺，由Al～OH^-～AlO₂^-，可知6molNaOH反應(yīng)，得到6molAlO₂^-，由3AlO₂^-～Al³⁺～4Al（OH）₃↓，可知Al³⁺不足，故得到Al（OH）₃為$\frac{5}{3}$mol×4=$\frac{20}{3}$mol，
故W₁，W₂，W₃其質(zhì)量由大到小的順序是：W₃＞W(wǎng)₁＞W(wǎng)₂，
故答案為：W₃＞W(wǎng)₁＞W(wǎng)₂；
（3）根據(jù)（2）中計(jì)算可知，Al（OH）₃的最大質(zhì)量為$\frac{20}{3}$mol×78g/mol=520g，
故答案為：520g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)、化學(xué)方程式有關(guān)計(jì)算，題目涉及過(guò)程多，注意利用關(guān)系式解答，注意硫酸、氫氧化鈉為定量，不能根據(jù)得到相同量的氫氧化鋁消耗硫酸、氫氧化鈉的量判斷沉淀質(zhì)量關(guān)系，難度較大．