Question

5．将总物质的量为n mol的钠和铝（其中钠的物质的量分数为x），投入一定量的水中充分反应，共收集到标准状况下的气体V L．按要求填空：
（1）x=0.5时，V=22.4n（用含n的代数式表示）．
（2）若金属有剩余，则x的取值范围为：0＜x＜0.5
（3）若金属没有剩余，则V的取值范围为：11.2n＜V≤22.4n（用含n的代数式表示）．

Answer 1

分析 将总物质的量为n mol的钠和铝混合物投入一定量的水中充分反应，钠先与水反应生成氢氧化钠与氢气，铝再与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与氢气．反应的化学方程式为：2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑、2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）x=0.5时，Al、Na的物质的量都为0.5nmol，根据反应Al+Na+2H₂O═NaAlO₂+2H₂↑计算生成氢气的物质的量，然后根据V=nVm计算生成氢气体积；
（2）若金属剩余，剩余的为Al，则x＜0.5；
（3）若金属无剩余，则说明钠过量或二者恰好反应，据此进行解答．

解答 解：（1）当x=0.5时，Na、Al的物质的量相等，都是0.5nmol，二者恰好发生反应：Al+Na+2H₂O═NaAlO₂+2H₂↑，根据反应可知生成氢气的物质的量为：0.5nmol×2=nmol，标况下nmol氢气的体积为：22.4L/mol×nmol=22.4L，即V=22.4n，
故答案为：22.4n；
（2）由于钠与水反应，若金属有剩余，则剩余的金属为Al，根据反应可知Al+Na+2H₂O═NaAlO₂+2H₂↑可知Na的物质的量小于0.5mol，即：0＜x＜0.5，
故答案为：0＜x＜0.5；
（3）若Na过量，即1＞x＞0.5，则有钠nxmol，铝n（1-x）mol，由方程式2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑可知，nxmol钠生成氢气0.5nxmol；由方程式2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑可知，n（1-x）mol铝生成氢气1.5n（1-x）mol，所以总共生成氢气的物质的量为：0.5nxmol+1.5n（1-x）mol=n（1.5-x）mol，生成氢气在不理想体积为：22.4n（1.5-x）L；
则根据上面的关系可知，所以钠越多生成气体总量越少，当即全是钠时，即x=1，生成氢气体积为11.2nL，
所以生成氢气体积范围为11.2nL＜V≤22.4nL，
故答案为：11.2n＜V≤22.4n．

点评 本题考查混合物的有关计算，题目难度较大，明确发生反应的实质为解答关键，注意掌握讨论法在化学计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．