Question

9．將一定質(zhì)量的鎂鋁混合物投入200mL硫酸中，固體全部溶解后，向所得溶液中加入5mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量n與加入NaOH溶液的體積V的變化如圖所示．
（1）加入NaOH20～200mL時(shí)發(fā)生反應(yīng)離子方程式Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；加入NaOH200～240mL時(shí)發(fā)生反應(yīng)離子方程式Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（2）鎂和鋁的總質(zhì)量為9g．
（3）硫酸的物質(zhì)的量濃度為2.5 mol/L．
（4）生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為10.08L．

Answer 1

分析 （1）由圖象可知，從開(kāi)始至加入NaOH溶液20mL，沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；當(dāng)V（NaOH溶液）=200mL時(shí)，沉淀量最大，此過(guò)程中鎂離子、鋁離子與氫氧根離子反應(yīng)生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃；從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）₃，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式；
（2）根據(jù)沉淀的最大量可知?dú)溲趸�鎂和氫氧化鋁的總物質(zhì)的量、最小量，最小量為氫氧化鎂，根據(jù)最大量可知?dú)溲趸�鋁的物質(zhì)的量，然后利用質(zhì)量守恒計(jì)算出鎂、鋁的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計(jì)算出混合金屬的質(zhì)量；
（3）溶液中溶質(zhì)為Na₂SO₄，根據(jù)鈉元素守恒可知此時(shí)n（Na₂SO₄）等于200mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍，據(jù)此計(jì)算硫酸的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算濃度大小；
（4）根據(jù)以上分析，由元素守恒可知金屬鎂和鋁物質(zhì)的量分別為0.15mol和0.2mol，又硫酸過(guò)量所以鎂鋁全部反應(yīng)，根據(jù)得失電子守恒進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）由圖象可知，從開(kāi)始至加入NaOH溶液20mL，沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O，離子方程式為：OH^-+H⁺=H₂O；當(dāng)V（NaOH溶液）=200mL時(shí)，沉淀量最大，此時(shí)為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）₃，反應(yīng)的離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）根據(jù)天下可知Mg（OH）₂和Al（OH）₃的物質(zhì)的量之和為0.35mol，從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）₃，當(dāng)V（NaOH溶液）=240mL時(shí)，沉淀不再減少，此時(shí)全部為Mg（OH）₂，物質(zhì)的量為0.15mol，所以沉淀量最大，Mg（OH）₂為0.15mol，Al（OH）₃為0.35mol-0.15mol=0.2mol，
由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，
所以鎂和鋁的總質(zhì)量為0.2mol×27g/mol+0.15mol×24g/mol=9g，
故答案為：9；
（3）沉淀量最大時(shí)為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液中溶質(zhì)為Na₂SO₄，根據(jù)鈉元素守恒可知此時(shí)n（Na₂SO₄）等于200mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍，所以n（Na₂SO₄）=0.5×0.2L×5mol/L=0.5mol，所以硫酸的濃度為$\frac{0.5mol}{0.2L}$=2.5mol/L，
故答案為：2.5；
（4）根據(jù)以上分析，由元素守恒可知金屬鎂和鋁物質(zhì)的量分別為0.15mol和0.2mol，根據(jù)得失電子守恒氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為：$\frac{0.15×2+0.2×3}{2}$×22.4L=10.08L，
故答案：10.08．

點(diǎn)評(píng) 本題考查鎂鋁的重要化合物及計(jì)算，題目難度中等，把握?qǐng)D象各階段的物質(zhì)的量的關(guān)系及各階段的化學(xué)反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，注意反應(yīng)的先后順序及利用守恒計(jì)算，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查．