Question

有三种镁铝合金样品（组分比例不一定相同）①、②、③．小奉、小贤、小红三同学各取一种样品，对合金中镁的质量分数进行下列实验探究：
（1）小奉取样品①m₁g和过量的氢氧化钠溶液反应，然后过滤；再往滤液中通入过量的二氧化碳气体，将所得沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧，得到固体质量仍为m₁g．则合金中镁的质量分数为

 

．（保留小数点后面2位）
（2）小贤取样品②m₂g和足量的稀硫酸反应，发现固体完全溶解，标准状况下得到气体体积为VL，则m₂的取值范围是

 

．（结果转化为最简分数）
（3）小红取不同质量的样品③分别和30mL同浓度的盐酸反应，所取合金质量与产生气体的体积（标准状况下测定）如下所示：

实验序号	a	b	c
合金质量（g）	0.51	0.765	0.918
气体体积（mL）	560	672	672

求：
Ⅰ、盐酸的物质的量浓度
Ⅱ、合金中镁的质量分数
Ⅲ、要使c组实验后剩余合金中的铝恰好完全溶解，还需向容器中加入1.0mol/L的氢氧化钠溶液多少毫升？

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量,镁的化学性质,铝的化学性质

专题：实验探究和数据处理题

分析：（1）发生的反应为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓、2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，得到的固体是氧化铝，反应前后质量不变，说明氧化铝中的氧元素质量分数等于镁元素质量分数；
（2）采用极限法计算固体质量范围；
（3）Ⅰ、先判断盐酸是否完全反应，若盐酸完全反应，根据氢气求出消耗的盐酸，再求出浓度；
Ⅱ、根据表中数据可知，a组中金属完全反应，根据金属的总质量和生成氢气的物质的量列方程组，计算；
Ⅲ、根据方程式中转化关系以及原子守恒计算．

解答： 解：（1）发生的反应为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓、2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，得到的固体是氧化铝，反应前后质量不变，说明氧化铝中的氧元素质量分数等于镁元素质量分数，则合金中镁元素的质量分数=

16×3

16×3+27×2

×100%=47.06%，
故答案为：47.06%；
（2）假设全部是Mg，设镁的质量为x，
Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂ ↑
24g          22.4L
x            VL

24g

xg

=

22.4L

VL

x=1.07V；
假设合金全部是Al，
设铝的质量是y，
2Al+6H⁺=2Al²⁺+3H₂↑
54g        67.2L
yg          VL

54g

yg

=

67.2L

VL

，
y=0.80V，
因为是两种金属的合金，所以0.80V＜m＜1.07V；
故答案为：0.80V＜m＜1.07V；
（3）Ⅰ、bc中生成的气体体积相同，c中金属的质量较大，则c中盐酸反应完全，n（H₂）=0.672/22.4=0.03 mol，
则c（HCl）=

0.03mol×2

0.03L

=2.0 mol?L^-1，
答：盐酸的物质的量浓度2.0 mol?L^-1；
Ⅱ、设合金中Mg、Al的物质的量分别为xmol、ymol，则有：
24x+27y=0.510g
x+

3

2

y=

0.560L

22.4L/mol

解得：x=y=0.01 mol；
则w（Mg）=

0.01mol×24g/mol

0.510g

×100%=47.06%；
答：合金中镁的质量分数为47.06%；
Ⅲ、盐酸最终转化为NaCl，Al转化为NaAlO₂，则由HCl～NaCl和Al～NaAlO₂可知
n（NaCl）=n（HCl）=2.0 mol?L^-1×0.030 L=0.06 mol；
n（NaAlO₂）=n（Al）=0.01 mol×918/510=0.018 mol；
根据Na⁺守恒得：n（NaOH）=0.06 mol+0.018 mol=0.078 mol；
故V（NaOH）=0.078 mol/1.0 mol?L^-1=0.078 L=78 mL；
答：还需向容器中加入1.0mol/L的氢氧化钠溶液78ml．

点评：本题考查了合金的有关计算，明确物质之间的反应结合方程式来分析解答，注意根据反应方程式及结合原子守恒进行计算，题目难度较大．