Question

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

解：由图象可知，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]=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）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）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．
分析：由图象可知，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）．
点评：本题以图象题的形式考查镁铝的重要化合物、混合物的有关计算，题目难度中等，注意分析图象各阶段发生的反应是解题关键，根据各阶段的化学反应，利用守恒计算．