Question

5．將總物質(zhì)的量為n mol的鈉和鋁（其中鈉的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x），投入一定量的水中充分反應(yīng)，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體V L．按要求填空：
（1）x=0.5時(shí)，V=22.4n（用含n的代數(shù)式表示）．
（2）若金屬有剩余，則x的取值范圍為：0＜x＜0.5
（3）若金屬?zèng)]有剩余，則V的取值范圍為：11.2n＜V≤22.4n（用含n的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 將總物質(zhì)的量為n mol的鈉和鋁混合物投入一定量的水中充分反應(yīng)，鈉先與水反應(yīng)生成氫氧化鈉與氫氣，鋁再與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣．反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）x=0.5時(shí)，Al、Na的物質(zhì)的量都為0.5nmol，根據(jù)反應(yīng)Al+Na+2H₂O═NaAlO₂+2H₂↑計(jì)算生成氫氣的物質(zhì)的量，然后根據(jù)V=nVm計(jì)算生成氫氣體積；
（2）若金屬剩余，剩余的為Al，則x＜0.5；
（3）若金屬無剩余，則說明鈉過量或二者恰好反應(yīng)，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：（1）當(dāng)x=0.5時(shí)，Na、Al的物質(zhì)的量相等，都是0.5nmol，二者恰好發(fā)生反應(yīng)：Al+Na+2H₂O═NaAlO₂+2H₂↑，根據(jù)反應(yīng)可知生成氫氣的物質(zhì)的量為：0.5nmol×2=nmol，標(biāo)況下nmol氫氣的體積為：22.4L/mol×nmol=22.4L，即V=22.4n，
故答案為：22.4n；
（2）由于鈉與水反應(yīng)，若金屬有剩余，則剩余的金屬為Al，根據(jù)反應(yīng)可知Al+Na+2H₂O═NaAlO₂+2H₂↑可知Na的物質(zhì)的量小于0.5mol，即：0＜x＜0.5，
故答案為：0＜x＜0.5；
（3）若Na過量，即1＞x＞0.5，則有鈉nxmol，鋁n（1-x）mol，由方程式2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑可知，nxmol鈉生成氫氣0.5nxmol；由方程式2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑可知，n（1-x）mol鋁生成氫氣1.5n（1-x）mol，所以總共生成氫氣的物質(zhì)的量為：0.5nxmol+1.5n（1-x）mol=n（1.5-x）mol，生成氫氣在不理想體積為：22.4n（1.5-x）L；
則根據(jù)上面的關(guān)系可知，所以鈉越多生成氣體總量越少，當(dāng)即全是鈉時(shí)，即x=1，生成氫氣體積為11.2nL，
所以生成氫氣體積范圍為11.2nL＜V≤22.4nL，
故答案為：11.2n＜V≤22.4n．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，題目難度較大，明確發(fā)生反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為解答關(guān)鍵，注意掌握討論法在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．