Question

19．将一定质量的Mg和Al的混合物投入2.0mol/L，250mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体．待反应完全后，向所得溶液中加入一定浓度的NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如右图所示．回答下列问题：
（1）由图可知加入镁的物质的量是0.15mol
（2）当加入NaOH溶液的体积小于20mL时发生的离子反应是H⁺+OH^-=H₂O，当加入NaOH溶液的体积大于200mL时发生的离子反应是Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（3）加入NaOH溶液体积为200mL时，溶液中的溶质的化学式是Na₂SO₄
（4）NaOH溶液的物质的量浓度为5mol/L．

Answer 1

分析 由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，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）=200mL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0.35mol，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时n（Na₂SO₄）等于200mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．从200mL开始，NaOH溶解Al（OH）₃：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0.15mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）₂为0.15mol，Al（OH）₃为0.35mol-0.15mol=0.2mol，
（1）由镁元素守恒计算；
（2）由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，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，再写离子反应；当加入NaOH溶液的体积大于200mL时，由图象可知，溶解Al（OH）₃；
（3）加入NaOH溶液体积为200mL时，溶质为硫酸钠；
（4）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）据此计算．

解答 解：由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，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）=200mL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0.35mol，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时n（Na₂SO₄）等于200mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．从200mL开始，NaOH溶解Al（OH）₃：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0.15mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）₂为0.15mol，Al（OH）₃为0.35mol-0.15mol=0.2mol，
（1）据镁元素守恒，Mg（OH）₂～Mg，镁的物质的量为0.15mol，
故答案为：0.15 mol；
（2）由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，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，离子反应为H⁺+OH^-=H₂O；当加入NaOH溶液的体积大于200mL时，由图象可知，这是溶解Al（OH）₃，离子反应为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：H⁺+OH^-=H₂O；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）当V（NaOH溶液）=200mL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0.35mol，溶液中溶质为Na₂SO₄，
故答案为：Na₂SO₄；
（4）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）=2×0.25L×2mol/L=1mol，所以Na0H溶液的物质的量浓度为：$\frac{1mol}{0.2L}$=5 mol/L，
故答案为：5 mol/L．

点评 本题以图象题的形式考查混合物反应的计算，题目难度中等，正确分析图象中各阶段发生的反应为解答关键，注意守恒思想在化学计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．