Question

9．將一定質量的Mg和Al的混合物投入2.0mol•L^-1，250mL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示．則下列說法正確的是（　　）

• A． 當加氫氧化鈉溶液體積為20mL時，溶液的pH值等于7
• B． 當加氫氧化鈉溶液體積為20mL時，溶液中的溶質只有硫酸鎂和硫酸鋁
• C． NaOH溶液的物質的量濃度為5 mol•L^-1
• D． 生成的H₂在標準狀況下的體積為11.2L

Answer 1

分析 由圖象可知，從開始至加入NaOH溶液20mL，沒有沉淀生成，說明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時發生的反應為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．當V（NaOH溶液）=200mL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0.35mol，溶液中溶質為Na₂SO₄，根據鈉元素守恒可知此時n（Na₂SO₄）等于200mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的 $\frac{1}{2}$倍．從200mL開始，NaOH溶解Al（OH）₃：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0.15mol，所以沉淀量最大時，Mg（OH）₂為0.15mol，Al（OH）₃為0.25mol-0.15mol=0.1mol，
A．鋁離子水解，溶液呈酸性；
B．由圖象可知，從開始至加入NaOH溶液20mL，沒有沉淀生成，說明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時發生的反應為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；
C．沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液中溶質為Na₂SO₄，根據鈉元素守恒可知此時n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）據此計算；
D．由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，根據電子轉移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg），據此計算n（H₂），再根據V=nVm計算氫氣體積．

解答 解：由圖象可知，從開始至加入NaOH溶液20mL，沒有沉淀生成，說明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時發生的反應為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．當V（NaOH溶液）=200mL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0.35mol，溶液中溶質為Na₂SO₄，根據鈉元素守恒可知此時n（Na₂SO₄）等于200mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的$\frac{1}{2}$倍．從200mL開始，NaOH溶解Al（OH）₃：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0.15mol，所以沉淀量最大時，Mg（OH）₂為0.15mol，Al（OH）₃為0.25mol-0.15mol=0.1mol，
A．溶質有硫酸鎂、硫酸鋁和硫酸鈉，鋁離子水解，溶液呈酸性，pH小于7，故A錯誤；
B．由圖象可知，從開始至加入NaOH溶液20mL，沒有沉淀生成，說明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時發生的反應為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O，溶質有硫酸鎂、硫酸鋁和硫酸鈉，故B錯誤；
C．沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液中溶質為Na₂SO₄，根據鈉元素守恒可知此時n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）=2×0.25L×2mol/L=1mol，所以NaOH溶液的物質的量濃度為$\frac{1mol}{0.2L}$=5 mol/L，故C正確；
D．由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.1mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，根據電子轉移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg），根據電子轉移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.1mol+2×0.15mol=0.6mol，所以n（H₂）=0.3mol，故氫氣體積為0.3mol×22.4mol/L=6.72L，故D錯誤；
故選C．

點評 本題考查鎂鋁的重要化合物、化學計算，以圖象題的形式考查，題目難度中等，注意分析圖象各階段的物質的量的關系，根據各階段的化學反應，利用守恒計算．