Question

13．0.1mol的鎂、鋁混合物溶于100mL 2mol•L^-1H₂SO₄溶液中，然后再滴加1mol•L^-1NaOH溶液．請回答：
（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變化如圖所示．當V₁=180mL時，則金屬粉末中n（Mg）=0.08 mol，V₂=420mL．
（2）若在滴加NaOH溶液過程中，欲使Mg²⁺、Al³⁺剛好沉淀完全，則滴入NaOH溶液的體積V（NaOH）=400mL．
（3）若混合物仍為0.1mol，其中Mg粉的物質的量分數為a，用100mL 3mol•L^-1硫酸溶解此混合物后，再加入 1mol•L^-1NaOH溶液，所得沉淀最多時NaOH溶液的體積=0.6L．

Answer 1

分析 （1）根據圖象可知，在滴加NaOH溶液到體積V₁=180mL過程中，沒有沉淀生成，說明硫酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余硫酸，剩余的H₂SO₄與滴加的NaOH恰好完全反應時，溶質是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，令MgSO₄為xmol，Al₂（SO₄）₃為ymol，根據守恒列方程求算n（Mg）；
當滴加NaOH溶液到體積V₂時，Al（OH）₃完全溶解，沉淀是Mg（OH）₂，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液，根據守恒有：n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al），進而計算氫氧化鈉溶液體積；
（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Na₂SO₄溶液，根據SO₄^2-離子和Na⁺離子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄），再計算氫氧化鈉溶液體積；
（3）沉淀最大時，溶液中溶質是Na₂SO₄溶液，根據SO₄^2-離子和Na⁺離子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄），再計算氫氧化鈉溶液體積．

解答 解：（1）100mL 2mol•L^-1的H₂SO₄溶液中硫酸的物質的量為0.1L×2mol/L=0.2mol，
當V₁=180mL時，此時，溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，
由Na⁺離子守恒可知，n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（Na⁺）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.18L×1mol/L=0.09mol
令MgSO₄為xmol，Al₂（SO₄）₃為ymol，則：
根據Mg原子、Al原子守恒有：x+2y=0.1
根據SO₄^2-離子守恒有：x+3y=0.2-0.09
聯立方程，解得：x=0.08；y=0.01
所以金屬粉末中n（Mg）=0.08mol，n（Al）=2y=2×0.01mol=0.02mol
滴加NaOH溶液到體積V₂時，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液，根據SO₄^2-離子、Na⁺離子和Al原子守恒有：
n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al）=2×0.2mol×+0.02mol=0.42mol，所以，V₂=$\frac{0.42mol}{1mol/L}$=0.42L=420mL，
故答案為：0.08；420；
（2）當溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，此時溶液是Na₂SO₄溶液，根據SO₄^2-離子和Na⁺離子守恒有：n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）=2×0.1L×2mol/L=0.4mol，所以V（NaOH）=$\frac{0.4mol}{1mol/L}$=0.4L=400mL，
故答案為：400；
（3）沉淀最大時，溶液中溶質是Na₂SO₄溶液，根據SO₄^2-離子和Na⁺離子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）=2×0.1L×3mol/L=0.6mol，所以V（NaOH）=$\frac{0.6mol}{1mol/L}$=0.6L，
故答案為：0.6．

點評 本題以圖象形式考查混合物計算，清楚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，注意守恒思想的運用．