Question

17．鎂鋁合金已成為輪船制造、化工生產、機械制造等行業的重要原材料．為測定一鎂鋁合金樣品中鎂的質量分數，課外興趣小組同學設計了下列三個實驗方案．根據上述實驗方案回答下列問題．
（1）寫出方案一“反應Ⅱ”中發生反應的離子方程式：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（2）方案二與方案三產生的氣體體積不同．現測得兩方案氣體體積相差224mL（折算成標準狀況）．試計算合金中鎂的質量分數．
（3）若方案三中，取用NaOH溶液的體積為50mL，則該NaOH溶液的物質的量濃度至少是2mol/L．

Answer 1

分析 （1）鎂鋁合金樣品與足量的鹽酸反應生成氯化鎂和氯化鋁溶液，再加過量的氫氧化鈉溶液，生成氫氧化鎂沉淀和偏鋁酸鈉溶液；
（2）根據電子得失守恒可知，鎂鋁合金樣品中的鋁與酸反應和與堿反應產生的氫氣相等，所以在方案二與方案三中，產生的氣體體積不同的部分是因為鎂與酸產生氫氣，而與堿不反應，所以相差224mL的氫氣即為鎂與酸反應產生成的氫氣，據此可計算出鎂的質量，進而確定鎂的質量分數；
（3）由（2）的計算可知2.94g樣品中鎂的質量，則可計算出鋁的質量，根據鋁與氫氧化鈉反應的方程式可計算出氫氧化鈉的物質的量，進而確定NaOH溶液的物質的量濃度；

解答 解：（1）鎂鋁合金樣品與足量的鹽酸反應生成氯化鎂和氯化鋁溶液，再加過量的氫氧化鈉溶液，生成氫氧化鎂沉淀和偏鋁酸鈉溶液，所以反應Ⅱ中發生反應的離子方程式為Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）根據電子得失守恒可知，鎂鋁合金樣品中的鋁與酸反應和與堿反應產生的氫氣相等，所以在方案二與方案三中，產生的氣體體積不同的部分是因為鎂與酸產生氫氣，而與堿不反應，所以相差224mL即0.01mol的氫氣即為鎂與酸反應產生成的氫氣，根據反應Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑可知鎂的質量為24g/mol×0.01mol=0.24g，所以鎂的質量分數為$\frac{0.24g}{2.94g}$×100%=8.16%，
故答案為：8.16%；
（3）由（2）的計算可知2.94g樣品中鎂的質量為0.24g，所以樣品中鋁的質量為2.94g-0.24g=2.7g，其物質的量為0.1mol，根據反應2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+H₂↑可知，氫氧化鈉的物質的量為0.1mol，所以NaOH溶液的物質的量濃度為$\frac{0.1mol}{0.05L}$=2mol/L，
故答案為：2mol/L．

點評 本題考查鎂和鋁的化學性質、化學實驗方案的設計，物質含量測定、化學計算等，難度中等，掌握鎂和鋁的化學性質是解題的關鍵．