Question

将0.1mol的镁和铝的混合物溶于50mL 4mol?L^-1 H₂SO₄溶液中，然后再滴加2mol?L^-1的NaOH溶液．请回答下列问题：
（1）若在滴加NaOH溶液的过程中，欲使Mg²⁺、Al³⁺刚好沉淀完全，计算滴入NaOH溶液的体积．
（2）若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V的变化如图所示．当V₁=80mL时，计算金属粉末中镁的物质的量及V₂的体积．

Answer 1

考点：镁、铝的重要化合物

专题：

分析：（1）镁铝的混合物溶于稀硫酸溶液中，发生反应生成硫酸镁和硫酸铝，然后再滴入氢氧化钠溶液，氢氧化钠体积小于V₁ml时，和没有反应的硫酸反应，故0～V₁ml时，不产生沉淀，氢氧化钠体积为V₁ml～V时，硫酸镁和硫酸铝和氢氧化钠反应生成氢氧化镁和氢氧化铝，氢氧化钠体积为V～v₂时氢氧化铝和氢氧化钠反应，生成偏铝酸钠，当氢氧化钠体积为V时，镁离子和铝离子恰好沉淀，溶液中阳离子为Na⁺，阴离子为SO₄^2-，即溶液中的溶质为Na₂SO₄，n（Na⁺）=2n（SO₄^2-），其中Na⁺来自NaOH，SO₄^2-来自H₂SO₄，故当氢氧化钠体积为V时，n（NaOH）=2n（H₂SO₄）；
（2）若混合物仍为0.1mol，其中镁的物质的量分数为a，用100mL2mol?L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol?L^-1氢氧化钠溶液，所得溶液无Al（OH）₃沉淀，证明生成的氢氧化铝全部和氢氧化钠反应，由上述分析知：v₁=400ml，再加入50mL 1mol?L^-1氢氧化钠溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，求得：Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，则0.5≤n（Mg）＜1．

解答： 解：（1）镁铝的混合物溶于稀硫酸溶液中，发生反应生成硫酸镁和硫酸铝，然后再滴入氢氧化钠溶液，氢氧化钠体积小于V₁ml时，和没有反应的硫酸反应，故0～V₁ml时，不产生沉淀，氢氧化钠体积为V₁ml～V时，硫酸镁和硫酸铝和氢氧化钠反应生成氢氧化镁和氢氧化铝，氢氧化钠体积为V～v₂时氢氧化铝和氢氧化钠反应，生成偏铝酸钠，当氢氧化钠体积为V时，镁离子和铝离子恰好沉淀，溶液中阳离子为Na⁺，阴离子为SO₄^2-，即溶液中的溶质为Na₂SO₄，n（Na⁺）=2n（SO₄^2-），其中Na⁺来自NaOH，SO₄^2-来自H₂SO₄，故当氢氧化钠体积为V时，n（NaOH）=2n（H₂SO₄）=2×4mol?L^-1×0.05L=0.4mol，v（NaOH）=

n(NaOH)

c(NaOH)

=

0.4

2

=200mL；
答：欲使Mg²⁺、Al³⁺刚好沉淀完全，滴入NaOH溶液的体积为200ml；
（2）设0.1mol镁铝的混合物中镁、铝的物质的量分别为x和y，x+y=0.1mol①，
氢氧化钠体积小于80ml时不产生沉淀，此时氢氧化钠和没有反应的硫酸反应，和硫酸反应的氢氧化钠物质的量=0.08L×2mol?L^-1=0.16mol，
 2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O
0.16mol   0.08mol
镁铝和硫酸反应，消耗的硫酸应该为：0.05L×4mol?L^-1-0.08mol=0.12mol
发生的反应分别为：Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂，2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂，
                 x    x             y   

3

2

y
则：x+

3

2

y═0.12mol②
由式①②可得x=0.06mol，y=0.04mol；即镁、铝的物质的量分别为0.06mol和0.04mol，氢氧化钠体积为V时生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃物质的量分别0.06mol和0.04mol；
氢氧化钠体积为V～v₂时氢氧化铝和氢氧化钠反应，生成偏铝酸钠，Al（OH）₃ +NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
                                                        0.04mol   0.04mol
Al（OH）₃ 和NaOH反应消耗NaOH0.04mol，v（NaOH）=

n(NaOH)

c(NaOH)

=

0.04mol

2mol?L -1

=0.02L=20ml；即：V～v₂时氢氧化钠为20ml，0～V消耗200ml氢氧化钠，V₂=220 mL；
故答案为：金属粉末中镁的物质的量为0.06mol及V₂的体积为220ml；

点评：本题考查镁铝化合物性质、混合物的计算，以图象题的形式考查，题目难度中等，分析图象各阶段的发生的反应是解题关键，