Question

（8分）某研究性学习小组为测定镁和铝的混合物中铝的质量分数，称取该混合物a g，溶于200 ml 5 mol/L HCl溶液中，共收集到标准状况下的氢气3．36 L。
（1）a的取值范围是__________________。
（2）向反应后所得溶液中逐渐加入4 mol／L的NaOH溶液。当沉淀质量达到最大值时，加入的NaOH溶液的体积是多少毫升？沉淀的最大质量为多少克？（用含a的代数式表示）。
（3）继续加入NaOH溶液至沉淀质量不再发生变化时，过滤、洗涤并灼烧沉淀至恒重，所得残余固体的质量仍为a g，计算原混合物中铝的质量分数。

Answer 1

（8分）（1）2.7＜a＜3.6 （2）250   ,a+5.1    （3）40%

试题分析：（1）标准状况下3.36L气体的物质的量是3.36L÷22.4L/mol=0.15mol。根据反应的方程式2Al＋6H^＋=2Al^3＋＋3H₂↑、Mg＋2H^＋=Mg^2＋＋H₂↑可知，如果全部是铝生成的氢气，则铝的质量是0.1mol×27g/mol=2.7g。如果全部是镁生成的，则镁的质量是0.15mol×24g.mol=3.6g，所以a的取值范围是2.7＜a＜3.6。
（2）当沉淀质量达到最大值时，溶液中的溶质恰好是氯化钠，所以根据原子守恒可知，需要氢氧化钠的物质的量是0.2L×5mol/L=1mol，则需要氢氧化钠溶液的体积是1mol÷4mol/L=0.25L=250ml。镁或铝失去多少电子，相应的计算阳离子就结合多少OH^-生成相应的氢氧化物沉淀。氢气是0.15mol，转移0.3mol电子。所以和金属阳离子结合的OH^-的物质的量就是0.3mol，则沉淀的质量就是ag+0.3mol×17g/mol=（a+5.1）g。
（3）根据实验现象可知，过滤得到的白色沉淀是氢氧化镁，灼烧则生成氧化镁，这说明氧化镁的质量和原混合物的质量相等。由于镁原子的质量没有改变，因此原混合物中铝的质量分数就是氧化镁中氧元素的质量分数，即为。
点评：该题的反应过程比较复杂，有关的化学方程式也比较多。该题的解题思路仍然是抛弃反应过程，根据最终的结果，充分利用各种解题技巧，抓住问题的关键，化繁为简。该题的难度较大，对学生的思维要求较高。既考查了学生的对基础知识的熟练程度，更重要的是考查学生灵活运用知识解决实际问题的解题能力。