Question

【题目】将一定质量的Mg和Al混合物投入400mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体．待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示．计算：
（1）Mg和Al的总质量为多少g？
（2）硫酸的物质的量浓度为多少？
（3）生成的H2物质的量为多少？

Answer 1

【答案】
（1）解：由图像可知，从开始至加入NaOH溶液40mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O．当V（NaOH溶液）=400mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，二者物质的量之和为0.7mol，溶液中溶质为Na2SO4，根据钠元素守恒可知此时n（Na2SO4）等于400mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．从400mL开始，NaOH溶解Al（OH）3，发生反应NaOH+Al（OH）3=NaAlO2+2H2O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）2，物质的量为0.3mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）2为0.3mol，Al（OH）3为0.7mol﹣0.3mol=0.4mol，所以该阶段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）3]=0.4mol，氢氧化钠的浓度为 =5mol/L．

由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）3]=0.4mol，n（Mg）=n[Mg（OH）2]=0.3mol，故Mg和Al的总质量为0.4mol×27g/mol+0.3mol×24g/mol=18g，

答：Mg和Al的总质量为18g；

（2）解：沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，溶液中溶质为Na2SO4，根据钠元素守恒可知此时n（NaOH）=2n（Na2SO4）=0.4L×5mol/L=2mol，所以n（Na2SO4）=1mol，所以硫酸的浓度为 =2.5mol/L，

答：硫酸的浓度为2.5mol/L；

（3）解：由（1）中可知n（Al）=0.4mol，n（Mg）=0.3mol，根据电子转移守恒可知2n（H2）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.4mol+2×0.3mol=1.8mol，所以n（H2）=0.9mol，

答：生成的H2物质的量为0.9mol．

【解析】由图像可知，从开始至加入NaOH溶液40mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O．当V（NaOH溶液）=400mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3 ， 二者物质的量之和为0.7mol，溶液中溶质为Na2SO4 ， 根据钠元素守恒可知此时n（Na2SO4）等于400mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．从400mL开始，NaOH溶解Al（OH）3 ， 发生反应NaOH+Al（OH）3=NaAlO2+2H2O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）2 ， 物质的量为0.3mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）2为0.3mol，Al（OH）3为0.7mol﹣0.3mol=0.4mol，所以该阶段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）3]=0.4mol，氢氧化钠的浓度为 =5mol/L．（1）由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）3]，n（Mg）=n[Mg（OH）2]，在根据m=nM计算各自的质量，进而计算金属的总质量；（2）沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3 ， 溶液中溶质为Na2SO4 ， 根据钠元素守恒可知此时n（NaOH）=2n（Na2SO4），根据硫酸根守恒n（H2SO4）=n（Na2SO4），再根据c= 计算；（3）根据电子转移守恒可知2n（H2）=3n（Al）+2n（Mg），据此计算n（H2）．