Question

9．将一定质量的Mg和Al的混合物投入2.0mol•L^-1，250mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体．待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图示．则下列说法正确的是（　　）

• A． 当加氢氧化钠溶液体积为20mL时，溶液的pH值等于7
• B． 当加氢氧化钠溶液体积为20mL时，溶液中的溶质只有硫酸镁和硫酸铝
• C． NaOH溶液的物质的量浓度为5 mol•L^-1
• D． 生成的H₂在标准状况下的体积为11.2L

Answer 1

分析 由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．当V（NaOH溶液）=200mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）₂和Al（OH）₃，二者物质的量之和为0.35mol，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时n（Na₂SO₄）等于200mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的 $\frac{1}{2}$倍．从200mL开始，NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）₂，物质的量为0.15mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）₂为0.15mol，Al（OH）₃为0.25mol-0.15mol=0.1mol，
A．铝离子水解，溶液呈酸性；
B．由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；
C．沉淀量最大，此时为Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）据此计算；
D．由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，根据电子转移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg），据此计算n（H₂），再根据V=nVm计算氢气体积．

解答 解：由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．当V（NaOH溶液）=200mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）₂和Al（OH）₃，二者物质的量之和为0.35mol，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时n（Na₂SO₄）等于200mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的$\frac{1}{2}$倍．从200mL开始，NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）₂，物质的量为0.15mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）₂为0.15mol，Al（OH）₃为0.25mol-0.15mol=0.1mol，
A．溶质有硫酸镁、硫酸铝和硫酸钠，铝离子水解，溶液呈酸性，pH小于7，故A错误；
B．由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O，溶质有硫酸镁、硫酸铝和硫酸钠，故B错误；
C．沉淀量最大，此时为Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）=2×0.25L×2mol/L=1mol，所以NaOH溶液的物质的量浓度为$\frac{1mol}{0.2L}$=5 mol/L，故C正确；
D．由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.1mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，根据电子转移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg），根据电子转移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.1mol+2×0.15mol=0.6mol，所以n（H₂）=0.3mol，故氢气体积为0.3mol×22.4mol/L=6.72L，故D错误；
故选C．

点评 本题考查镁铝的重要化合物、化学计算，以图象题的形式考查，题目难度中等，注意分析图象各阶段的物质的量的关系，根据各阶段的化学反应，利用守恒计算．