Question

19．把一定质量的镁、铝混合物投入到2mol•L^-1的盐酸中，待金属完全溶解后，向溶液中加入2mol•L^-1的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量与加入氢氧化钠溶液的体积关系如图所示．
（1）金属铝的质量为0.54g．
（2）a的取值范围是0≤a＜50．
（3）盐酸的体积是80mL．
（4）$\frac{n（Mg）}{n（Al）}$的最大值是2.5．
（5）80～90mL对应反应的离子方程式Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

Answer 1

分析 0～a段没有生成沉淀，说明盐酸过量，加入的氢氧化钠与氯化氢反应；a～80段开始生成沉淀，加入80mL氢氧化钠溶液后沉淀达到最大量，此时溶液中的溶质为NaCl；80～90段氢氧化铝开始溶解，溶解氢氧化铝消耗了10mLNaOH，则氢氧化铝沉淀的物质的量为：2mol/L×0.01L=0.02mol；当加入90mLNaOH溶液后氢氧化铝完全溶解，此时沉淀只有氢氧化镁．
（1）氢氧化钠的体积在80至90mL段内，所有的氢氧化钠用于溶解氢氧化铝，根据氢氧化钠的量确定氢氧化铝的量，根据原子守恒确定金属铝的量；
（2）合金的组成可以采用极限假设法，当金属全部是金属铝时剩余的酸最多，a的值最大来判断a得取值范围；
（3）加入80mL氢氧化钠溶液时，溶质为NaCl，根据质量守恒可以计算出氯化氢的物质的量，再根据V=$\frac{n}{c}$计算出盐酸的体积；
（4）根据图象中消耗的氢氧化钠的量确定合金中金属镁的最大量，进而确定该合金中两元素物质的量之比的最大值；
（5）80～90ml对应反应为氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，据此写出反应的离子方程式．

解答 解：0～a段没有生成沉淀，说明盐酸过量，加入的氢氧化钠与氯化氢反应；a～80段开始生成沉淀，加入80mL氢氧化钠溶液后沉淀达到最大量，此时溶液中的溶质为NaCl；80～90段氢氧化铝开始溶解，溶解氢氧化铝消耗了10mLNaOH，则氢氧化铝沉淀的物质的量为：2mol/L×0.01L=0.02mol；当加入90mLNaOH溶液后氢氧化铝完全溶解，此时沉淀只有氢氧化镁．
（1）从横坐标80mL到90mL这段可以得出：n（Al（OH）₃）=0.02mol，则n（Al）=n（Al（OH）₃）=0.02mol，原混合物中铝的质量为：27g/mol×0.02mol=0.54g，
故答案为：0.54；
（2）假设盐酸溶解金属后没有剩余，此时酸恰好与合金反应完全，即a=0，通过极值法，当合金中完全是铝时，因为沉淀Al³⁺需要消耗NaOH溶液的体积为30mL，从图可知，中和过量的酸所消耗的碱液体积最大为50mL，但是假设不成立，最大值是不存在的，所以的取值范围为 0≤a＜50，
故答案为：0≤a＜50；
（3）加入80mL氢氧化钠溶液时，溶质为NaCl，则：n（HCl）=n（NaOH）=2mol/L×0.08L=0.16mol，
盐酸的体积为：$\frac{0.16mol}{2mol/L}$=0.08L=80mL，
故答案为：80；
（4）n（Al）=n（Al（OH）₃）=2mol•L^-1×0.01L=0.02mol，所以沉淀Al³⁺需要消耗的OH^-为0.06mol，即NaOH溶液的体积为30mL，镁离子和铝离子沉淀完全消耗的碱的体积为（80-a）mL，若假设盐酸没有剩余，所以沉淀Mg²⁺需要NaOH溶液的体积最大值为：80mL-30mL=50mL，
n （Mg）的最大值为：$\frac{2mol/L×0.05L}{2}$=0.05mol，所以该合金中镁铝两元素物质的量之比的最大值为：0.05mol：0.02mol=2.5，
故答案为：2.5；
（5）根据分析可知，80～90ml对应反应的离子方程式：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

点评 本题考查混合物有关计算，题目难度中等，明确图象各阶段发生的反应羧基解题的关键，注意守恒法在化学计算中的应用．