Question

2．取不同質量的鎂鋁合金分別與25mL同濃度的稀硝酸反應，測量合金的質量與產生的NO氣體的體積（標準狀況），列表如下：

實驗編號	合金質量（mg）	NO體積（mL）
1	144	112
2	288	224
3	864	560

若第3組實驗后向反應容器內加入足量1.0mol•L^-1的NaOH溶液，充分反應，使固體質量不再發生變化，下列說法正確的是（　　）

• A． 硝酸的濃度為4.0mol•L^-1
• B． 硝酸的濃度為1.0mol•L^-1
• C． 至少需要NaOH溶液的體積為75mL
• D． 至少需要NaOH溶液的體積為85mL

Answer 1

分析 分析1、2組數據可知，金屬的質量之比等于對應NO的體積之比，說明1、2組金屬完全反應，第3組金屬若完全反應，可得NO體積為224mL×$\frac{864g}{288g}$=672mL＞560mL，故第3組金屬有剩余，硝酸完全反應；第3個實驗后向反應容器內加入足量的1.0mol/L NaOH（aq）充分反應，使固體質量不再發生變化，使氫氧化鋁恰好轉化為NaAlO₂，需要氫氧化鈉溶液的體積最小，此時溶液中溶質為NaNO₃、NaAlO₂；根據n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算第3組生成的NO的物質的量，由反應3Zn+8HNO₃=3Zn（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Al+4HNO₃=Al（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，起氧化劑作用的硝酸為總的硝酸的$\frac{1}{4}$，據此計算25mL硝酸溶液中n（HNO₃）、起酸性作用的硝酸的物質的量，根據c=$\frac{n}{V}$計算原硝酸溶液的濃度；令144mg合金中Mg、Al的物質的量分別為xmol、ymol，根據二者質量與轉移電子數目列方程計算x、y的值，進而計算864mg合金中Al的物質的量，根據鈉離子守恒可知n（NaOH）=n（NaNO₃）+n（NaAlO₂），再根據V=$\frac{n}{c}$計算需要氫氧化鈉溶液的最小體積．

解答 解：分析1、2組數據可知，金屬的質量之比等于對應NO的體積之比，說明1、2組金屬完全反應，第3組金屬若完全反應，可得NO體積為224mL×$\frac{864g}{288g}$=672mL＞560mL，故第3組金屬有剩余，硝酸完全反應；第3個實驗后向反應容器內加入足量的1.0mol/L NaOH（aq）充分反應，使固體質量不再發生變化，使氫氧化鋁恰好轉化為NaAlO₂，需要氫氧化鈉溶液的體積最小，此時溶液中溶質為NaNO₃、NaAlO₂；
第3組生成的NO的物質的量為$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，由反應3Zn+8HNO₃=3Zn（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Al+4HNO₃=Al（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，起氧化劑作用的硝酸為總的硝酸的$\frac{1}{4}$，故25mL硝酸溶液中n（HNO₃）=0.025mol÷$\frac{1}{4}$
=0.1mol，原硝酸溶液的濃度為$\frac{0.1mol}{0.025L}$=4mol/L．
起酸性作用的硝酸的物質的量為0.1mol-0.025mol=0.075mol，
令144mg合金中Mg、Al的物質的量分別為xmol、ymol，由二者質量與轉移電子數目守恒有：
$\left\{\begin{array}{l}{2x+3y=\frac{0.112}{22.4}×3}\\{24x+27y=0.144}\end{array}\right.$
解得x=0.0015，y=0.004，
故864mg合金中Al的物質的量0.004mol×$\frac{864mg}{144mg}$=0.024mol，根據鈉離子守恒可知n（NaOH）=n（NaNO₃）+n（NaAlO₂）=0.075mol+0.024mol=0.099mol，故需要氫氧化鈉溶液的最小體積為$\frac{0.099mol}{1mol/L}$=0.099L=99mL，
故選A．

點評 本題考查混合物的有關計算，過程復雜、計算量較大，題目難度較大，注意利用守恒思想進行的解答．