Question

鎂鋁合金是煙花生產過程中的重要原料，同時也可作為白光劑和照明劑．為了探究鎂鋁合金中各成分的含量，康康同學將一定質量的鎂鋁合金投入到850mL、一定物質的量濃度的稀硫酸中，合金全部溶解，然后又滴加5mol/L的NaOH溶液．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）的變化如圖所示．
（1）請寫出V₂→V₃時，發生反應的化學方程式：______，由此計算出合金中鋁的物質的量為______．
（2）計算合金中鎂的質量．（要有計算過程，下同）
（3）合金在溶于稀硫酸時，釋放出的氣體體積（標準狀況）是多少？
（4）康康同學所用稀硫酸的物質的量濃度是多少？

Answer 1

解：（1）由圖可知，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后鹽酸有剩余，此時發生的反應為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．繼續滴加NaOH溶液，到氫氧化鈉溶液為170mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液為硫酸鈉溶液．再繼續滴加NaOH溶液，氫氧化鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與水，發生反應Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
溶解氫氧化鋁沉淀消耗氫氧化鈉溶液的體積為200mL-170mL=30mL，該階段發生反應Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，所以n[Al（OH）₃]=0.03L×5mol/L=0.15mol，根據Al元素守恒有n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.15mol；
故答案為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O；0.15mol；
（2）由圖可知，從加入40m氫氧化鈉溶液L開始產生沉淀，加入氫氧化鈉溶液為170mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，該階段消耗氫氧化鈉130mL，由氫氧根守恒可知3n[Al（OH）₃]+2n[Mg（OH）₂]=n（NaOH）=（0.17L-0.04L）×5mol/L=0.65mol．由（1）知n[Al（OH）₃]=0.15mol，故3×0.15mol+2n[Mg（OH）₂]=0.65mol，解得n[Mg（OH）₂]=0.1mol，由元素守恒可知n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.1mol，所以Mg的質量為0.1mol×24g/mol=2.4g，
答：合金中鎂的質量為2.4g．
（3）由（1）、（2）可知，n（Al）=0.15mol，n（Mg）=0.1mol，根據電子轉移守恒可知，生成氫氣的物質的量==0.325mol，故氫氣的體積為0.325mol×22.4L/mol=7.28L，
答：生成氫氣的體積為7.28L．
（4）加入氫氧化鈉溶液為170mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液為硫酸鈉溶液，根據鈉元素守恒此時溶液中2n（Na₂SO₄）=n（NaOH）=0.17L×5mol/L=0.85mol，故n（Na₂SO₄）=0.425mol，故n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄）=0.425mol，故該硫酸的物質的量濃度==0.5mol/L，
答：該硫酸的濃度為0.5mol/L．
分析：（1）由圖可知，從開始至加入NaOH溶液V₁mL，沒有沉淀生成，說明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后鹽酸有剩余，此時發生的反應為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．繼續滴加NaOH溶液，到氫氧化鈉溶液為V₂mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液為硫酸鈉溶液．再繼續滴加NaOH溶液，氫氧化鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與水，發生反應Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O；
溶解氫氧化鋁沉淀消耗氫氧化鈉溶液的體積為200mL-170mL=30mL，根據n=cV計算該階段消耗氫氧化鈉，再根據方程式計算n[Al（OH）₃]，根據Al元素守恒有n（Al）=n[Al（OH）₃]；
（2）由圖可知，從加入40m氫氧化鈉溶液開始產生沉淀，加入氫氧化鈉溶液為170mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，該階段消耗氫氧化鈉130mL，由氫氧根守恒可知3n[Al（OH）₃]+2n[Mg（OH）₂]=n（NaOH）=（0.17L-0.04L）×5mol/L=0.65mol．根據（1）中可知n[Al（OH）₃]，代入上式計算n[Mg（OH）₂]，由元素守恒可知n（Mg）=n[Mg（OH）₂]，再利用m=nM計算Mg的質量；
（3）根據電子轉移守恒計算生成氫氣的物質的量，再根據V=nVm計算氫氣的體積；
（4）加入氫氧化鈉溶液為170mL時，沉淀量最大，此時為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液為硫酸鈉溶液，根據鈉元素守恒此時溶液中2n（Na₂SO₄）=n（NaOH），據此計算出n（Na₂SO₄），根據硫酸根守恒n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄），再利用c=計算硫酸的物質的量濃度．
點評：考查鎂鋁化合物性質、混合物的計算，以圖象題的形式考查，題目難度中等，分析圖象各階段的發生的反應是解題關鍵，再利用守恒計算．