Question

15．將一定質量的Mg和Al混合物投入400mL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所示．

（1）原混合物中Mg和Al的質量之為3：2；
（2）生成的H₂在標準狀況下的體積為10.08L；
（3）加入NaOH溶液的物質的量濃度為5mol/L．
（4）稀硫酸的物質的量濃度為1.25mol/L．

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(fā)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；
從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，當V（NaOH溶液）=240mL時，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，Mg（OH）₂為0.15mol，Al（OH）₃為0.35mol-0.15mol=0.2mol，由于從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，
（1）由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，再根據m=nM計算；
（2）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；
（3）由200～240mL發(fā)生Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，根據氫氧化鋁物質的量計算n（NaOH），再根據c=$\frac{n}{V}$計算出；
（4）沉淀量最大，溶液中溶質為Na₂SO₄，根據鈉元素守恒計算n（Na₂SO₄），再根據c=$\frac{n}{V}$計算．

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(fā)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；
從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，當V（NaOH溶液）=240mL時，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，Mg（OH）₂為0.15mol，Al（OH）₃為0.35mol-0.15mol=0.2mol，由于從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，
（1）由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，所以鎂和鋁的質量之比為：0.2mol×27g/mol：0.15mol×24g/mol=3：2，
故答案為：3：2；
（2）由A中可知n（Al）=0.2mol，n（Mg）=0.15mol，根據電子轉移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.2mol+2×0.15mol=0.9mol，所以n（H₂）=0.45mol，故氫氣體積為0.45mol×22.4mol/L=10.08L，
故答案為：10.08L；
（3）由200～240mL發(fā)生Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，所以該階段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，氫氧化鈉的濃度為：$\frac{0.2mol}{0.24L-0.2L}$=5mol/L，
故答案為：5mol/L；
（4）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（Na₂SO₄）等于240mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的$\frac{1}{2}$倍，所以n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$×0.2L×5mol/L=0.5mol，所以硫酸的濃度為：$\frac{0.5mol}{0.4L}$=1.25mol/L，
故答案為：1.25mol/L．

點評 本題考查以圖象題的形式考查鎂鋁的重要化合物、混合物反應的計算等，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．