Question

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(jì)算：
（1）Mg和Al的總質(zhì)量為多少g？
（2）硫酸的物質(zhì)的量濃度為多少？
（3）生成的H₂物質(zhì)的量為多少？

Answer 1

解：由圖象可知，從開(kāi)始至加入NaOH溶液40mL，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）=400mL時(shí)，沉淀量最大，此時(shí)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(shí)n（Na₂SO₄）等于400mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．從400mL開(kāi)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(shí)全部為Mg（OH）₂，物質(zhì)的量為0.3mol，所以沉淀量最大時(shí)，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]=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；
（2）沉淀量最大，此時(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（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）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，
答：生成的H₂物質(zhì)的量為0.9mol．
分析：由圖象可知，從開(kāi)始至加入NaOH溶液40mL，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）=400mL時(shí)，沉淀量最大，此時(shí)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(shí)n（Na₂SO₄）等于400mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．從400mL開(kāi)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(shí)全部為Mg（OH）₂，物質(zhì)的量為0.3mol，所以沉淀量最大時(shí)，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(jì)算各自的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算金屬的總質(zhì)量；
（2）沉淀量最大，此時(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（NaOH）=2n（Na₂SO₄），根據(jù)硫酸根守恒n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄），再根據(jù)c=計(jì)算；
（3）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg），據(jù)此計(jì)算n（H₂）．
點(diǎn)評(píng)：本題以圖象題的形式考查鎂鋁的重要化合物、混合物的有關(guān)計(jì)算，題目難度中等，注意分析圖象各階段發(fā)生的反應(yīng)是解題關(guān)鍵，根據(jù)各階段的化學(xué)反應(yīng)，利用守恒計(jì)算．