Question

【題目】將一定質量的Mg和Al混合物投入400mL稀硫酸中，固體全部溶解并產生氣體．待反應完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物質的量與加入NaOH溶液的體積關系如圖所示．計算：
（1）Mg和Al的總質量為多少g？
（2）硫酸的物質的量濃度為多少？
（3）生成的H2物質的量為多少？

Answer 1

【答案】
（1）解：由圖像可知，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)生的反應為：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O．當V（NaOH溶液）=400mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）2和Al（OH）3，二者物質的量之和為0.7mol，溶液中溶質為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NaOH+Al（OH）3=NaAlO2+2H2O，當沉淀不再減少，此時全部為Mg（OH）2，物質的量為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 =5mol/L．

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的總質量為0.4mol×27g/mol+0.3mol×24g/mol=18g，

答：Mg和Al的總質量為18g；

（2）解：沉淀量最大，此時為Mg（OH）2和Al（OH）3，溶液中溶質為Na2SO4，根據(jù)鈉元素守恒可知此時n（NaOH）=2n（Na2SO4）=0.4L×5mol/L=2mol，所以n（Na2SO4）=1mol，所以硫酸的濃度為 =2.5mol/L，

答：硫酸的濃度為2.5mol/L；

（3）解：由（1）中可知n（Al）=0.4mol，n（Mg）=0.3mol，根據(jù)電子轉移守恒可知2n（H2）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.4mol+2×0.3mol=1.8mol，所以n（H2）=0.9mol，

答：生成的H2物質的量為0.9mol．

【解析】由圖像可知，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)生的反應為：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O．當V（NaOH溶液）=400mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）2和Al（OH）3 ， 二者物質的量之和為0.7mol，溶液中溶質為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NaOH+Al（OH）3=NaAlO2+2H2O，當沉淀不再減少，此時全部為Mg（OH）2 ， 物質的量為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 =5mol/L．（1）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計算各自的質量，進而計算金屬的總質量；（2）沉淀量最大，此時為Mg（OH）2和Al（OH）3 ， 溶液中溶質為Na2SO4 ， 根據(jù)鈉元素守恒可知此時n（NaOH）=2n（Na2SO4），根據(jù)硫酸根守恒n（H2SO4）=n（Na2SO4），再根據(jù)c= 計算；（3）根據(jù)電子轉移守恒可知2n（H2）=3n（Al）+2n（Mg），據(jù)此計算n（H2）．