Question

6．将M克钠和铝的混合物投入到一定量的水中，金属全部溶解，并收集到标准状况下体积为N升的气体，在所得溶液中逐滴加入1mol/L H₂SO₄，所得沉淀的物质的量随滴入硫酸溶液的体积变化如图所示；已知：A、C点对应的横坐标数据分别是500mL和2500mL，则
（1）M=73，N=56；
（2）B点对应的横坐标数据是1000mL．
（3）写出图象中AB段发生反应的离子方程式AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓．

Answer 1

分析 钠铝的混合物置于水中，金属全部溶解，发生反应为2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑；由图象可知加入硫酸没有立即产生沉淀，则首先发生反应2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O，该阶段消耗硫酸500mL，说明金属钠过量，铝不足，过量的金属钠的物质的量为：n（Na）=n（NaOH）=2n（H₂SO₄）=2×1mol/L×0.5L=1mol；然后加入的硫酸发生反应2NaAlO₂+H₂SO₄+2H₂O═Na₂SO₄+2Al（OH）₃↓，生成氢氧化铝沉淀；最后发生反应2Al（OH）₃↓+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+6H₂O，加入2500mL硫酸溶液时，生成的氢氧化铝沉淀完全溶解，从偏铝酸钠开始沉淀至沉淀完全溶解总共消耗硫酸的物质的量为：1mol/L×（2.5L-0.5L）=2mol；根据反应2NaAlO₂+4H₂SO₄═Na₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂O及铝元素守恒可知：n（Al）=$\frac{1}{2}$n（H₂SO₄）=1mol，根据反应2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑可知，与铝反应消耗氢氧化钠的物质的量为：n（Na）=n（Al）=1mol，所以混合金属中含有钠的物质的量为：1mol+1mol=2mol，据此进行计算．

解答 解：钠铝的混合物置于水中，金属全部溶解，发生反应为：2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑，
由图象可知，加入硫酸没有立即产生沉淀，则首先发生反应：2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O，该阶段消耗硫酸500mL，说明金属钠过量，铝不足，过量的金属钠的物质的量为：n（Na）=n（NaOH）=2n（H₂SO₄）=2×1mol/L×0.5L=1mol；
然后加入的硫酸发生反应：2NaAlO₂+H₂SO₄+2H₂O═Na₂SO₄+2Al（OH）₃↓，生成氢氧化铝沉淀，
最后发生反应：2Al（OH）₃↓+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+6H₂O，加入2500mL硫酸溶液时，生成的氢氧化铝沉淀完全溶解，
从偏铝酸钠开始沉淀至沉淀完全溶解总共消耗硫酸的物质的量为：1mol/L×（2.5L-0.5L）=2mol，
根据反应2NaAlO₂+4H₂SO₄═Na₂SO₄+Al₂（SO₄）₃+4H₂O及铝元素守恒可知：n（Al）=$\frac{1}{2}$n（H₂SO₄）=1mol，根据反应2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑可知，与铝反应消耗氢氧化钠的物质的量为：n（Na）=n（Al）=1mol，所以混合金属中含有钠的物质的量为：1mol+1mol=2mol，
（1）混合金属的总质量为：Mg=27g/mol×1mol+23g/mol×2mol=73g；
根据电子守恒可知，钠和铝完全反应生成氢气的物质的量为：$\frac{1mol×3+2mol×1}{2}$=2.5mol，标准状况下2.5mol氢气的体积为：22.4L/mol×2.5mol=56L，即N=56，
故答案为：73；56；
（2）B点时铝元素完全转化成氢氧化铝沉淀，其溶质为硫酸钠，根据质量守恒可知：n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（Na）=2mol×$\frac{1}{2}$=1mol，消耗1mol/L的硫酸溶液的体积为：$\frac{1mol}{1mol/L}$=1L=1000mL，
故答案为：1000；
（3）根据分析可知，AB段偏铝酸根离子与氢离子反应生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，
故答案为：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，明确图象曲线变化对应的反应实质为解答关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力．