Question

16．將0.1mol的鎂、鋁混合物溶于100mL，2mol/L H₂SO₄溶液中，然后再滴加1mol/L NaOH溶液．請(qǐng)回答：
（1）若在滴加NaOH溶液的過(guò)程中，沉淀質(zhì)量m隨加入NaOH溶液的體積V變化如圖所示．
當(dāng)V₁=160mL時(shí)，則金屬粉末中n（Mg）=0.06mol，n（Al）=0.04mol，V₂=440 mL．
（2）若在滴加NaOH溶液過(guò)程中，欲使Mg²⁺、Al³⁺剛好沉淀完全，則滴入NaOH溶液的體積V（NaOH）=400_ mL．
（3）若混合物仍為0.1mol，其中鎂粉的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a，用100mL 2mol/L的硫酸溶解此混合物后，再加入450mL 1mol/L的NaOH溶液，所得沉淀中無(wú)Al（OH）₃．滿足此條件的a的取值范圍是0.5≤a＜1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖象可知，在滴加NaOH溶液到體積V₁=160mL過(guò)程中，沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明硫酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余硫酸，V₁=160mL時(shí)，剩余的H₂SO₄與滴加的NaOH恰好完全反應(yīng)，溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，根據(jù)Mg原子、Al原子、SO₄^2-離子、Na⁺離子守恒，列方程求算n（Mg），然后計(jì)算出n（Al）；
當(dāng)?shù)渭覰aOH溶液到體積V₂時(shí)，Al（OH）₃完全溶解，沉淀是Mg（OH）₂，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液，根據(jù)SO₄^2-離子、Na⁺離子和Al原子守恒，求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{V}$計(jì)算滴入氫氧化鈉溶液體積V₂；
（2）使Mg²⁺、Al³⁺剛好完全沉淀，此時(shí)生成氫氧化鎂、氫氧化鋁和硫酸鈉，根據(jù)硫酸鈉的化學(xué)式可以計(jì)算出氫氧化鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=$\frac{n}{c}$計(jì)算出需要?dú)溲趸�鈉溶液的體積；
（3）若混合物仍為0.1mol，其中鎂的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得溶液無(wú)Al（OH）₃沉淀，證明生成的氫氧化鋁全部和氫氧化鈉反應(yīng)，由上述分析知：沉淀達(dá)到最大量時(shí)消耗400mL氫氧化鈉溶液，再加入50mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，求得：Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，據(jù)此計(jì)算a的范圍．

解答 解：（1）當(dāng)V₁=160mL時(shí)，此時(shí)溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，
由Na⁺離子守恒可知，n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（Na⁺）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.16L×1mol/L=0.08mol，
設(shè)MgSO₄為xmol、Al₂（SO₄）₃為ymol，則：
根據(jù)Mg原子、Al原子守恒有：x+2y=0.1，
100mL 2mol/L的H₂SO₄溶液中含有硫酸的物質(zhì)的量為：2mol/L×0.1L=0.2mol，
根據(jù)SO₄^2-離子守恒有：x+3y=0.2-0.08=0.12，
聯(lián)立方程解得：x=0.06、y=0.02，
所以金屬粉末中：n（Mg）=0.06mol，n（Al）=2y=2×0.02mol=0.04mol；
滴加NaOH溶液到體積V₂時(shí)，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液，根據(jù)SO₄^2-離子、Na⁺離子和Al原子守恒有：
n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al）=2×0.2mol+0.04mol=0.44mol，
則V₂點(diǎn)消耗氫氧化鈉溶液的體積為：$\frac{0.44mol}{1mol/L}$=0.44L=440mL，
故答案為：0.06；0.04；440；
（2）使Mg²⁺、Al³⁺剛好完全沉淀，此時(shí)溶質(zhì)為硫酸鈉，則n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）=0.4mol，加入的NaOH的體積V為：V=$\frac{0.4mol}{1mol/L}$=400mL，
故答案為：400mL；
（3）若混合物仍為0.1mol，其中鎂的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得溶液無(wú)Al（OH）₃沉淀，證明生成的氫氧化鋁全部和氫氧化鈉反應(yīng)，由上述分析知鎂離子、鋁離子恰好完全沉淀時(shí)消耗400mL氫氧化鈉溶液，再加入50mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，Al（OH）₃ +NaOH=NaAlO₂+2H₂O，Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，則0.5≤n（Mg）＜1，
故答案為：0.5≤a＜1．

點(diǎn)評(píng) 本題以圖象題的形式考查混合物反應(yīng)的計(jì)算、鎂鋁化合物性質(zhì)，題目難度中等，分析圖象各階段的發(fā)生的反應(yīng)是解題關(guān)鍵，注意掌握守恒思想在化學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用方法．