Question

13．将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL 2mol/LH₂SO₄溶液中，然后再滴加1mol/L NaOH溶液．请回答：
（1）若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如图所示．当V₁=160mL时，则金属粉末中n（Mg）=0.06mol，V₂=440mL．
（2）若在滴加NaOH溶液过程中，欲使Mg²⁺、Al³⁺刚好沉淀完全，则滴入NaOH溶液的体积V（NaOH）400mL．
（3）若混合物仍为0.1mol，其中Mg粉的物质的量分数为a，用100mL 2mol/L的硫酸溶解该混合物后，再加入450mL 1mol/L的NaOH溶液，所得沉淀中无Al（OH）₃．满足此条件的a的取值范围是：0.5≤a＜1．
（4）若滴加NaOH溶液致V₂mL时，停止滴加NaOH溶液，开始往溶液中通入足量CO₂，请写出发生反应的离子方程式CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）根据图象可知，在滴加NaOH溶液到体积V₁=160mL过程中，没有沉淀生成，说明硫酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余硫酸，V₁=160mL时，剩余的H₂SO₄与滴加的NaOH恰好完全反应，溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，根据Mg原子、Al原子、SO₄^2-离子、Na⁺离子守恒，列方程求算n（Mg）；
当滴加NaOH溶液到体积V₂时，Al（OH）₃完全溶解，沉淀是Mg（OH）₂，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液．根据SO₄^2-离子、Na⁺离子和Al原子守恒，求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{c}$计算；
（2）当溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全时，即沉淀达到最大值，此时，溶液是Na₂SO₄溶液，根据SO₄^2-离子和Na⁺离子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{c}$计算；
（3）若混合物仍为0.1mol，其中镁的物质的量分数为a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氢氧化钠溶液，所得溶液无Al（OH）₃沉淀，证明生成的氢氧化铝全部和氢氧化钠反应，由上述分析知：v₁=400ml，再加入50mL 1mol•L^-1氢氧化钠溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，求得：Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，据此判断a的范围；
（4）V₂mL时停止滴加NaOH溶液，此时溶质为偏铝酸钠，硫酸钠，开始往溶液中通入足量CO₂，偏铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，据此写出反应的离子方程式．

解答 解：（1）当V₁=160mL时，此时溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，
由Na⁺离子守恒可知，n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（Na⁺）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.16L×1mol/L=0.08mol，
设MgSO₄为xmol，Al₂（SO₄）₃为ymol，则：根据Mg原子、Al原子守恒有：x+2y=0.1，根据SO₄^2-离子守恒有：x+3y=0.2-0.08，
联立方程解得：x=0.06、y=0.02，
所以金属粉末中n（Mg）=0.06mol，n（Al）=2y=2×0.02mol=0.04mol，
滴加NaOH溶液到体积V₂时时，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液，根据SO₄^2-离子、Na⁺离子和Al原子守恒有：
n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al）=2×0.1L×2mol/L×+0.04mol=0.44mol，
所以，V₂=$\frac{0.44mol}{1mol/L}$=0.44L=440mL，
故答案为：0.06，440；
（2）当溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全时，此时，溶液是Na₂SO₄溶液，根据SO₄^2-离子和Na⁺离子守恒有：n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）=2×0.1L×2mol/L=0.4mol，所以，V（NaOH）=$\frac{0.4mol}{1molL}$=0.4L=400mL
故答案为：400；
（3）若混合物仍为0.1mol，其中镁的物质的量分数为a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氢氧化钠溶液，所得溶液无Al（OH）₃沉淀，证明生成的氢氧化铝全部和氢氧化钠反应，由上述分析知：v₁=400ml，再加入50mL 1mol•L^-1氢氧化钠溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，Al（OH）₃ +NaOH=NaAlO₂+2H₂O，Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，则0.5≤n（Mg）＜1，
故答案为：0.5≤a＜1；
（4）V₂mL时停止滴加NaOH溶液，此时氢氧化铝恰好完全溶解，溶液中溶质为硫酸钠和偏铝酸钠，若往溶液中通入足量CO₂，偏铝酸钠溶液与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，反应的离子方程式为：CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

点评 本题考查了有关混合物反应的计算，题目难度中等，明确图象曲线变化的含义为解答关键，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．