Question

3．将5.1g镁铝合金溶于60mL 5.0mol•L^-1H₂SO₄溶液中，完全溶解后再加入65mL10.0mol•L^-1的NaOH溶液，得到沉淀的质量为9.7g，继续滴加NaOH溶液时沉淀会减少．
（1）当加入60mLNaOH溶液时，可使溶液在硫酸中的Mg²⁺和Al³⁺恰好完全沉淀．
（2）计算合金溶于硫酸时所产生的氢气在标准状况下的体积．

Answer 1

分析 所发生的反应为：Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑，2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑，MgSO₄+2NaOH=Mg（OH）₂↓+Na₂SO₄，Al₂（SO₄）₃+6NaOH=2Al（OH）₃↓+3Na₂SO₄，
（1）当镁离子、铝离子完全沉淀时，反应后溶质为硫酸钠，根据硫酸的物质的量及质量守恒计算出氢氧化钠的物质的量，然后根据V=$\frac{n}{c}$计算出需要氢氧化钠溶液的体积；
（2）根据（1）可计算出溶解的氢氧化铝的物质的量，从而可知镁离子、铝离子完全转化成沉淀时的总质量，然后设出合金中镁、铝的物质的量，分别根据总质量、设出沉淀的质量列式计算即可．

解答 解：所发生的反应为：Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑，2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑，MgSO₄+2NaOH=Mg（OH）₂↓+Na₂SO₄，
Al₂（SO₄）₃+6NaOH=2Al（OH）₃↓+3Na₂SO₄，
（1）n（H₂SO₄）=0.06L×5mol/L=0.3mol，当硫酸中的Mg和Al恰好完全沉淀时，溶液成分为Na₂SO₄，
此时n（NaOH）=2n（H₂SO₄）=2×0.3mol=0.6mol，
所以V（NaOH）=$\frac{0.6mol}{10mol/L}$=0.06L=60mL，
故答案为：60；
（2）当加入60mlNaOH溶液时，镁铝恰好沉淀，当加入n（NaOH）=0.065L×10mol/L=0.65mol时，
NaOH过量的物质的量为：0.65mol-0.6mol=0.05mol，发生反应为：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
则溶解的n（Al（OH）₃）=0.05mol，m[Al（OH）₃]=0.05mol×78g/mol=3.9g，
所以硫酸中的Mg和Al恰好完全沉淀的质量应为：3.9g+9.7g=13.6g，
设混合物中含有xmolMg，ymolAl，则
$\left\{\begin{array}{l}{24x+27y=5.1}\\{58x+78y=13.6}\end{array}\right.$，
解得：x=0.1、y=0.1，
Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑
0.1mol         0.1mol
2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑
0.1mol             0.15mol
n（H₂）=0.1mol+0.15mol=0.25mol，
产生的氢气在标准状况下的体积为：V（H₂）=0.25mol×22.4L/mol=5.6L，
答：合金溶于硫酸时所产生的氢气在标准状况下的休积为5.6L．

点评 本题考查混合物的计算，题目难度中等，正确判断加入65mL10.0mol•L^-1的NaOH溶液所反应的程度为解答该题的关键，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用，试题培养了学生的化学计算能力．