Question

20．将一定质量的镁铝合金投入100mL一定浓度的盐酸中，合金完全溶解．向所得溶液中滴加浓度为5mol•L^-1的NaOH溶液，生成的沉淀跟加入的NaOH溶液的体积关系如图．（横坐标体积单位是mL，纵坐标质量单位是g）求：
（1）写出将固体混合物投入稀盐酸中所发生的氧化还原反应的离子方程式：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑、Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑；
（2）写出加入NaOH的体积为160～180mL时反应的离子方程式：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（3）计算在反应过程中放出的气体在标准状况下的体积为7.84；
（4）原固体混合物的质量为7.5g；
（5）所用盐酸的物质的量浓度．

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，说明原溶液中盐酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：HCl+NaOH=NaCl+H₂O．当V（NaOH溶液）=160mL时，沉淀量最大，此时生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃沉淀，沉淀质量为19.4g，溶液中溶质为NaCl，根据钠元素守恒可知此时n（NaCl）等于160mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）；从160mL到180mL，NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，当V（NaOH溶液）=180mL时，沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）₂，其质量为11.6g，n（Mg（OH）₂）=$\frac{11.6g}{58g/mol}$=0.2mol，则沉淀量最大是Mg（OH）₂为11.6g，Al（OH）₃为19.4g-11.6g=7.8g，n（Al（OH）₃）=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol，据此进行解答．

解答 解：由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中盐酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：HCl+NaOH=NaCl+H₂O．当V（NaOH溶液）=160mL时，沉淀量最大，此时生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃沉淀，沉淀质量为19.4g，溶液中溶质为NaCl，根据钠元素守恒可知此时n（NaCl）等于160mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）；从160mL到180mL，NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，当V（NaOH溶液）=180mL时，沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）₂，其质量为11.6g，n（Mg（OH）₂）=$\frac{11.6g}{58g/mol}$=0.2mol，则沉淀量最大是Mg（OH）₂为11.6g，Al（OH）₃为19.4g-11.6g=7.8g，n（Al（OH）₃）=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol；由于从160mL到180mL，NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，所以该阶段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.1mol，氢氧化钠的浓度为$\frac{0.1mol}{0.18L-0.16L}$=5mol/L，
（1）将固体混合物投入稀盐酸中，所发生的氧化还原反应的离子方程式有：Mg与HCl反应、Al与HCl反应，反应的离子方程式分别为2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑，Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑，
故答案为：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑、Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑；
（2）由图象可知，从160mL到180mL，NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，离子方程式为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（3）混合物中含有0.2molMg、0.1molAl，根据电子守恒可知生成氢气的物质的量为：$\frac{0.2mol×2+0.1mol×3}{2}$=0.35mol，标准状况下0.35mol氢气的体积为：22.4L/mol×0.35mol=7.84L，
故答案为：7.84L；
（4）混合物中含有0.2molMg、0.1molAl，则混合物的质量为：24g/mol×0.2mol+0.1mol×27g/mol=7.5g，
故答案为：7.5g；
（5）加入氢氧化钠溶液为160mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液为氯化钠溶液，根据钠元素守恒此时溶液中n（NaCl）=n（NaOH）=0.16L×5mol/L=0.8mol，根据氯元素守恒n（HCl）=0.8mol，故盐酸的物质的量浓度为$\frac{0.8mol}{0.1L}$=8mol/L，
答：所用盐酸的物质的量浓度为8mol/L．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，明确图象曲线对应的反应原理为解答关键，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．