Question

19．將鎂、鋁的混合物共0.2mol，溶于200mL 4mol•L^-1的鹽酸溶液中，然后再滴加2mol•L^-1的NaOH溶液．
請回答下列問題：
（1）若在滴加NaOH溶液的過程中，沉淀質量m 隨加入NaOH溶液的體積V變化情況如圖所示．當V₁=160mL時，則金屬粉末中鋁的物質的量是多少？
（2）若在滴加NaOH溶液的過程中，欲使Mg²⁺、Al³⁺剛好沉淀完全，則滴入
    NaOH溶液的體積V_（NaOH）=400mL；
（3）若鎂、鋁的混合物仍為0.2mol，其中鎂的物質的量分數為-a，現在改用200mL
4mol•L^-1的硫酸溶解此混合物后，再加入840mL 2mol•L^-1的NaOH溶液，所得沉淀中無Al（OH）₃，則a的取值范圍為0.6≤a＜1．

Answer 1

分析 （1）根據圖象可知，在滴加NaOH溶液到體積V₁=160mL過程中，沒有沉淀生成，說明鹽酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余鹽酸，V₁=160mL時，剩余的HCl與滴加的NaOH恰好完全反應，溶液是MgCl₂、AlCl₃和NaCl混合液，根據Mg原子、Al原子、Cl^-離子、Na⁺離子守恒，列方程求算n（Al）；
（2）當溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，即沉淀達到最大值，此時，溶液是NaCl溶液，根據Cl^-離子和Na⁺離子守恒有n（Na⁺）=n（NaCl）=（HCl）求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{c}$計算滴入NaOH溶液的體積；
（3）反應后的混合溶液，再加840mL 2mol•L^-1的NaOH溶液，所得沉淀中無Al（OH）₃，溶質為硫酸鈉、偏鋁酸鈉，由于為金屬混合物，則a＜1，根據鈉離子守恒，應滿足n（NaOH）≥2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂），根據鋁元素守恒用a表示出n（NaAlO₂），據此確定a的取值范圍．

解答 解：（1）當V₁=160mL時，此時，溶液是MgCl₂、AlCl₃和NaCl的混合液，
由Na⁺離子守恒可知，n（NaCl）=n（Na⁺）=n（NaOH）=0.16L×2mol/L=0.32mol，
200mL 4mol•L^-1的鹽酸溶液中含有氯化氫的物質的量為：4mol/L×0.2L=0.8mol，
設混合物中含有MgCl₂xmol、AlCl₃為ymol，則：
根據Mg原子、Al原子守恒有：x+y=0.2，
根據Cl^-離子守恒有：2x+3y=0.8-0.32=0.48，
聯立方程解得：x=0.12、y=0.08，
所以金屬粉末中：n（Mg）=0.12mol、n（Al）=y=0.08mol，
答：金屬粉末中鋁的物質的量為0.08；
（2）當溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，此時，溶液是NaCl溶液，根據Cl^-離子和Na⁺離子守恒有：n（Na⁺）=n（NaCl）=（HCl）=4mol/L×0.2L=0.8mol，
所以需要加入氫氧化鈉溶液體積為：V（NaOH）=$\frac{0.8mol}{2mol/L}$=0.4L=400mL，
故答案為：400；
（3）由于為金屬混合物，則a＜1，Al的物質的量為：0.2（1-a）mol，反應后的混合溶液，再加入840mL 2mol•L^-1的NaOH溶液，所得沉淀中無Al（OH）₃，則溶質為硫酸鈉、偏鋁酸鈉，根據鋁元素守恒可知：n（NaAlO₂）=0.2（1-a）mol，
根據鈉離子守恒，應滿足：n（NaOH）≥2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂），
即：0.84×2≥2×0.2×4+0.2（1-a），
解得：a≥0.6，
所以a的取值范圍為：故0.6≤a＜1，
故答案為：0.6≤a＜1．

點評 本題考查了有關混合物反應的計算，題目難度中等，對于圖象題，要明確每一段圖象發生的化學反應、知道拐點代表的含義及溶液中溶質的成分，結合方程式對有關問題進行分析，注意守恒思想的運用．