Question

5．將一定質(zhì)量的Mg和Al混合物投入400mL稀硫酸中，固體全部溶解并產(chǎn)生氣體．待反應(yīng)完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量與加入NaOH溶液的體積關(guān)系；如圖所示．計算：
（1）加入NaOH溶液0--40mL過程中反應(yīng)方程式為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．
400--480mL過程中反應(yīng)的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
（2）Mg和Al的總質(zhì)量為多少g？
（3）生成的H₂在標(biāo)準狀況下的總體積為多少升？
（4）生成的沉淀最大的質(zhì)量是多少g？

Answer 1

分析 由圖象可知，從開始至加入NaOH溶液40mL，沒有沉淀生成，說明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．當(dāng)V（NaOH溶液）=400mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，二者物質(zhì)的量之和為0.7mol，溶液中溶質(zhì)為Na₂SO₄，根據(jù)鈉元素守恒可知此時n（Na₂SO₄）等于400mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．從400mL開始，NaOH溶解Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，當(dāng)沉淀不再減少，此時全部為Mg（OH）₂，物質(zhì)的量為0.3mol，所以沉淀量最大時，Mg（OH）₂為0.3mol，Al（OH）₃為0.7mol-0.3mol=0.4mol，所以該階段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.4mol，氫氧化鈉的濃度為：$\frac{0.4mol}{0.48L-0.4L}$=5mol/L，
（1）根據(jù)分析寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]，在根據(jù)m=nM計算各自的質(zhì)量，進而計算金屬的總質(zhì)量；
（3）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg），據(jù)此計算n（H₂）；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒計算出氫氧化鋁和氫氧化鎂的物質(zhì)的量及質(zhì)量．

解答 解：由圖象可知，從開始至加入NaOH溶液40mL，沒有沉淀生成，說明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；當(dāng)V（NaOH溶液）=400mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，二者物質(zhì)的量之和為0.7mol，溶液中溶質(zhì)為Na₂SO₄，根據(jù)鈉元素守恒可知此時n（Na₂SO₄）等于400mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍；從400mL開始，NaOH溶解Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，當(dāng)沉淀不再減少，此時全部為Mg（OH）₂，物質(zhì)的量為0.3mol，所以沉淀量最大時，Mg（OH）₂為0.3mol，Al（OH）₃為0.7mol-0.3mol=0.4mol，所以該階段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.4mol，氫氧化鈉的濃度為$\frac{0.4mol}{0.48L-0.4L}$=5mol/L，
（1）加入NaOH溶液0-40mL過程中硫酸與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；
400-480mL過程中氫氧化鋁溶解，反應(yīng)的離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（2）由元素守恒可知：n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.4mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.3mol，故Mg和Al的總質(zhì)量為：0.4mol×27g/mol+0.3mol×24g/mol=18g，
答：Mg和Al的總質(zhì)量為18g；
（3）由（1）中可知n（Al）=0.4mol，n（Mg）=0.3mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知：2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.4mol+2×0.3mol=1.8mol，
所以n（H₂）=0.9mol，標(biāo)準狀況下0.9mol氫氣的體積為：22.4L/mol×0.9mol=20.16L，
答：生成的H₂在標(biāo)準狀況下的總體積為20.16L；
（4）加入400mL氫氧化鈉溶液時生成沉淀達到最大，根據(jù)質(zhì)量守恒可知：n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.4mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.3mol，
則生成沉淀的最大質(zhì)量為：78g/mol×0.4mol+58g/mol×0.3mol=48.6g，
答：生成沉淀的最大質(zhì)量為48.6g．

點評 本題考查了混合物反應(yīng)的計算，題目難度中等，明確發(fā)生反應(yīng)的原理為解答關(guān)鍵，注意掌握守恒思想在化學(xué)計算中的應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算能力．