Question

16．將一定量Mg、Al合金溶于1mol•L^-1的HCl溶液中，進而向所得溶液中滴加1mol•L^-1的NaOH溶液，產生沉淀的物質的量（n）與滴加的NaOH溶液（mL）體積的關系如圖所示．下列分析的結論中正確的是（　　）

• A． 無法給出實驗中產生H₂的物質的量
• B． 欲給出a的取值范圍尚缺少一個條件
• C． 無法認定Mg、Al合金中$\frac{n（Mg）}{n（Al）}$的最大值
• D． 溶解“一定量Mg、Al合金”的HCl溶液的體積為90mL

Answer 1

分析 根據圖象可知，在滴加NaOH溶液到體積amL過程中，沒有沉淀生成，說明鹽酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余鹽酸，在amL時，剩余的HCl與滴加的NaOH恰好完全反應，溶液是MgCl₂、AlCl₃和NaCl混合液；
繼續滴加氫氧化鈉溶液，開始生成Mg（OH）₂、Al（OH）₃沉淀，當加入氫氧化鈉溶液80ml時，沉淀量最大，說明氯化鋁、氯化鎂恰好完全反應，此時溶液為氯化鈉溶液，根據鈉離子守恒可知n（NaCl）=n（NaOH）=0.08ml×1mol/L=0.08mol．再繼續滴加氫氧化鈉，在加入90mol時，沉淀物質的量最小，是氫氧化鎂沉淀，所以加入10ml氫氧化鈉溶解氫氧化鋁沉淀，此時溶液為氯化鈉、偏鋁酸鈉溶液，根據鋁元素、鈉元素守恒可知n（NaAlO₂）=n[Al（OH）₃]=0.01L×1mol/L=0.01mol．所以沉淀量最大時，根據鋁元素守恒，氫氧化鋁的物質的量為0.01mol；
A．確定了金屬鎂和金屬鋁的量就可以確定生成氫氣的量；
B．合金的組成可以采用極限假設法，當金屬全部是金屬鋁時剩余的酸最多，a的值最大來判斷a得取值范圍；
C．若假設鹽酸不剩，即a=0，加入的80ml氫氧化鈉溶液用于沉淀Mg²⁺、Al³⁺，所以沉淀量最大時，合金中鎂元素的物質的量最大，結合氫氧化鋁的物質的量，進而確定該合金中兩元素物質的量之比的最大值；
D．當加入氫氧化鈉溶液80ml時，沉淀量最大，說明氯化鋁、氯化鎂恰好完全反應，此時溶液為氯化鈉溶液，根據鈉離子守恒可知n（NaCl）=n（NaOH），根據氯元素守恒，所以n（HCl）=n（NaCl），據此計算判斷．

解答 解：根據圖象可知，在滴加NaOH溶液到體積amL過程中，沒有沉淀生成，說明鹽酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余鹽酸，在amL時，剩余的HCl與滴加的NaOH恰好完全反應，溶液是MgCl₂、AlCl₃和NaCl混合液．
繼續滴加氫氧化鈉溶液，開始生成Mg（OH）₂、Al（OH）₃沉淀，當加入氫氧化鈉溶液80ml時，沉淀量最大，說明氯化鋁、氯化鎂恰好完全反應，此時溶液為氯化鈉溶液，根據鈉離子守恒可知n（NaCl）=n（NaOH）=0.08ml×1mol/L=0.08mol．再繼續滴加氫氧化鈉，在加入90mol時，沉淀物質的量最小，是氫氧化鎂沉淀，所以加入10ml氫氧化鈉溶解氫氧化鋁沉淀，此時溶液為氯化鈉、偏鋁酸鈉溶液，根據鋁元素、鈉元素守恒可知n（NaAlO₂）=n[Al（OH）₃]=0.01L×1mol/L=0.01mol．所以沉淀量最大時，根據鋁元素守恒，氫氧化鋁的物質的量為0.01mol．
A．由上述分析可知，金屬鎂的量不確定，無法判斷生成氫氣的量的多少，故A正確；
B．假設鹽酸溶解金屬后不剩，這種情況下，酸恰好與合金反應完全，即a=0．通過極值法，當合金中完全是鋁時，因為沉淀Al³⁺需要NaOH溶液的體積為30mL，從圖可知，中和過量的酸所消耗的堿液體積最大為50mL，所以的取值范圍為 0≤a＜50，故B錯誤；
C．若假設鹽酸不剩，即a=0，加入的80ml氫氧化鈉溶液用于沉淀Mg²⁺、Al³⁺，所以沉淀量最大時，合金中鎂元素的物質的量最大，根據鋁元素守恒，氫氧化鋁的物質的量為0.01mol，根據氫氧根守恒可知沉淀中含有氫氧根n（OH-）=n（NaOH）=0.08ml×1mol/L=0.08mol，所以氫氧化鎂沉淀為：$\frac{0.08mol-0.01mol×3}{2}$=0.025mol，所以該合金中$\frac{n（Mg）}{n（Al）}$的最大值為2.5，故C錯誤；
D．由分析可知溶液中，n（NaCl）=n（NaOH）=0.08ml×1mol/L=0.08mol，根據氯元素守恒，所以n（HCl）=n（NaCl）=0.08mol，所以溶解金屬的鹽酸的體積為$\frac{0.08mol}{1mol/L}$=0.08L=80ml，故D錯誤；
故選：A．

點評 本題考查鎂、鋁化合物混合的有關計算，題目難度中等，明確反應過程是解題關鍵，根據圖象分析，明確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，結合方程式對有關問題進行分析，注意守恒思想的運用，使計算簡化．