题目内容
某研究型学习小组为测定镁和铝的混合物中铝的质量分数，称取该混合物a g，溶于200mL 5mol/L HCl溶液中，共收集到标准状况下的氢气3.36L．（1）a 的取值范围是______．
（2）向反应后所得溶液中逐渐加入4mol/L的NaOH溶液，当沉淀质量达到最大值时，加入的NaOH溶液的体积是______mL，沉淀的最大质量是______g．（用含a 的代数式表示）
（3）继续加入NaOH溶液至沉淀不再发生变化时，过滤、洗涤并灼烧沉淀至恒重，所得残余固体的质量仍为a g，计算原混合物中铝的质量分数（写出计算过程）．
【答案】分析：（1）根据极限法求出极限点；
（2）根据溶液中的HCl、MgCl2、AlCl3与碱反应求出NaOH的物质的量；
（4）根据合金当中Al元素的质量与MgO中O元素的质量相等，求出Al质量分数；
解答：解：（1）根据氢气体积，可以确定氢气物质的量为
=0.15mol，则反应的氢离子的物质的量为0.15×2=0.3mol，
HCl溶液中HCl物质的量为0.2L×5mol/L=1mol，则盐酸未完全反应．
根据Mg和Al与盐酸的反应可知，当氢气的量固定时，合金全为Mg时合金质量最大，当合金全为Al时合金质量最
Mg～H2 2Al～3H2
0.15mol 0.15mol 0.1mol 0.15mol
所以两种状况下合金质量分别为：Mg：0.15mol×24g/mol=3.6g，Al：0.1mol×24g/mol=2.7g，
故答案为：2.7＜a＜3.6；
（2）根据反应过程我们可以发现
Mg～H2～2HClH～Mg2+～2NaOH～Mg（OH）2
Al～
H2～3HCl～Al3+～3NaOH～Al（OH）3
HCl（过量）～NaOH，故此不难发现，新引入的NaOH的物质的量与酸的物质的量相等，
酸的物质的量为0.2L×5mol/L=1mol，故NaOH的物质的量亦为1mol，NaOH溶液体积为
=0.25L=250mL，
由于沉淀当中只引入了OH-，故沉淀质量应为原合金质量a加上新引入的OH-的质量，而引入的OH-的物质的量为氢气物质的量的2倍，
所以沉淀的质量为：
×2×17g/mol+ag=（a+5.1）g，
故答案为：250；（a+5.1）g；
（3）这一问我们依然需要通过宏观物质变化思考：易知最终物质为MgO，而最终MgO的质量与最初合金的质量相等，故可知合金当中Al元素的质量与MgO中O元素的质量相等，
所以合金当中Mg与Al的质量比即为MgO中Mg与O质量比相等，而MgO当中两元素质量比即为原子量之比，故合金当中Al质量分数为：w（Al）=[16/（24+16）]×100%=40%
答：原混合物中铝的质量分数为40%．
点评：在问题（2）中很容易忘记过量的HCl，从而导致错误的解答，而问题（3）若采用常规方法则难以解答，采用了守恒法可以起到事倍功半的效果．
（2）根据溶液中的HCl、MgCl2、AlCl3与碱反应求出NaOH的物质的量；
（4）根据合金当中Al元素的质量与MgO中O元素的质量相等，求出Al质量分数；
解答：解：（1）根据氢气体积，可以确定氢气物质的量为
=0.15mol，则反应的氢离子的物质的量为0.15×2=0.3mol，HCl溶液中HCl物质的量为0.2L×5mol/L=1mol，则盐酸未完全反应．
根据Mg和Al与盐酸的反应可知，当氢气的量固定时，合金全为Mg时合金质量最大，当合金全为Al时合金质量最
Mg～H2 2Al～3H2
0.15mol 0.15mol 0.1mol 0.15mol
所以两种状况下合金质量分别为：Mg：0.15mol×24g/mol=3.6g，Al：0.1mol×24g/mol=2.7g，
故答案为：2.7＜a＜3.6；
（2）根据反应过程我们可以发现
Mg～H2～2HClH～Mg2+～2NaOH～Mg（OH）2
Al～
H2～3HCl～Al3+～3NaOH～Al（OH）3HCl（过量）～NaOH，故此不难发现，新引入的NaOH的物质的量与酸的物质的量相等，
酸的物质的量为0.2L×5mol/L=1mol，故NaOH的物质的量亦为1mol，NaOH溶液体积为
=0.25L=250mL，由于沉淀当中只引入了OH-，故沉淀质量应为原合金质量a加上新引入的OH-的质量，而引入的OH-的物质的量为氢气物质的量的2倍，
所以沉淀的质量为：
×2×17g/mol+ag=（a+5.1）g，故答案为：250；（a+5.1）g；
（3）这一问我们依然需要通过宏观物质变化思考：易知最终物质为MgO，而最终MgO的质量与最初合金的质量相等，故可知合金当中Al元素的质量与MgO中O元素的质量相等，
所以合金当中Mg与Al的质量比即为MgO中Mg与O质量比相等，而MgO当中两元素质量比即为原子量之比，故合金当中Al质量分数为：w（Al）=[16/（24+16）]×100%=40%
答：原混合物中铝的质量分数为40%．
点评：在问题（2）中很容易忘记过量的HCl，从而导致错误的解答，而问题（3）若采用常规方法则难以解答，采用了守恒法可以起到事倍功半的效果．
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