Question

11．将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL 4mol/LHCl溶液中，然后再滴加1mol/L NaOH溶液．请回答：
（1）若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如上图所示已知当V₁=160mL时，求金属粉末中Mg的物质的量以及V₃为多少mL．
（该小问写出计算过程）
（2）若混合物仍为0.1mol，其中Mg粉的物质的量分数为a，用100mL 4mol/LHCl溶液溶解此混合物后，再加入450mL 1mol/L的NaOH溶液，所得沉淀中无Al（OH）₃．满足此条件的a的取值范围是：0.5≤a＜1．

Answer 1

分析 （1）由图可知，从开始至加入NaOH溶液V₁mL，没有沉淀生成，说明原溶液中盐酸溶解Mg、Al后，盐酸有剩余，此时发生的反应为：H⁺+OH^-=H₂O；
继续滴加NaOH溶液，到氢氧化钠溶液为A时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）₂和Al（OH）₃，此时发生的反应为：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃，溶液为氯化钠溶液，再继续滴加NaOH溶液，氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，发生反应Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
由图可知，0～V₁发生H⁺+OH^-=H₂O，V₁～A发生Mg²⁺、Al³⁺转化为沉淀的反应，A→B段发生Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，结合反应及原子守恒计算解答；
（2）若混合物仍为0.1mol，其中镁的物质的量分数为a，用400mL1mol•L^-1盐酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氢氧化钠溶液，所得溶液无Al（OH）₃沉淀，证明生成的氢氧化铝全部和氢氧化钠反应，由上述分析知：v₁=400ml，再加入50mL 1mol•L^-1氢氧化钠溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，求得：Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，再结合n（Mg）+n（Al）=0.1mol判断a的范围．

解答 解：（1）由图可知，从开始至加入NaOH溶液V₁mL，没有沉淀生成，说明原溶液中盐酸溶解Mg、Al后，盐酸有剩余，此时发生的反应为：H⁺+OH^-=H₂O；
继续滴加NaOH溶液，到氢氧化钠溶液为A时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）₂和Al（OH）₃，此时发生的反应为：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃，溶液为氯化钠溶液，再继续滴加NaOH溶液，氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，发生反应Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
若V₁=160mL，说明盐酸有剩余，剩余盐酸的物质的量=1mol/L×0.16L=0.16mol，则和金属反应的盐酸的物质的量=4mol/L×0.1L-0.16mol=0.24mol，
设镁的物质的量是x，铝的物质的量是y，x+y=0.1、2x+3y=0.24，解得：x=0.06mol，y=0.04mol，
V₂时溶液中的溶质是偏铝酸钠和氯化钠，根据原子守恒知，n（NaOH）=n（Al）+n（HCl）=0.04mol+0.4mol=0.44mol，所以氢氧化钠的体积=$\frac{0.44mol}{1mol/L}$=440mL，
故答：金属粉末中Mg的物质的量为0.04，及V₃为440；
（2）若混合物仍为0.1mol，其中镁的物质的量分数为a，用400mL1mol•L^-1盐酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氢氧化钠溶液，所得溶液无Al（OH）₃沉淀，证明生成的氢氧化铝全部和氢氧化钠反应，由上述分析知：v₁=400mL，再加入50mL 1mol•L^-1氢氧化钠溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，则0.5≤n（Mg）＜1，
故答案为：0.5≤a＜1．

点评 本题以图象形式考查混合物计算，题目难度中等，明确每一段图象发生的化学反应、知道拐点代表的含义及溶液中溶质的成分，结合方程式对有关问题进行分析，注意守恒思想的运用，可以使计算简化．