Question

15．将一定质量的镁和铝混合物投入200mL 硫酸中，固体全部溶解后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量n与加入NaOH溶液的体积V的变化如图所示．则下列说法不正确的是（　　）

• A． 镁和铝的总质量为9g
• B． 最初20 mLNaOH溶液用于中和过量的硫酸
• C． 硫酸的物质的量浓度为2.5mol/L
• D． 镁和铝混合物投入硫酸中生成的氢气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0.5倍．从200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，当V（NaOH溶液）=240mL时，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，Mg（OH）₂为0.15mol，Al（OH）₃为0.35mol-0.15mol=0.2mol，由于从200mL到240mL，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]=0.2mol，氢氧化钠的浓度为：$\frac{0.2mol}{0.24L-0.20L}$=5mol/L，
A．由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，
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（Na₂SO₄）等于200mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的$\frac{1}{2}$，据此计算；
D．由A中可知n（Al）=0.2mol，n（Mg）=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$\frac{1}{2}$；从200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，当V（NaOH溶液）=240mL时，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，Mg（OH）₂为0.15mol，Al（OH）₃为0.35mol-0.15mol=0.2mol，由于从200mL到240mL，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]=0.2mol，氢氧化钠的浓度为$\frac{0.2mol}{0.24L-0.20L}$=5mol/L，
A．由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，所以镁和铝的总质量为0.2mol×27g/mol+0.15mol×24g/mol=9g，故A正确；
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，故B正确；
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（Na₂SO₄）等于200mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍，所以n（Na₂SO₄）=0.5×0.2L×5mol/L=0.5mol，所以硫酸的浓度为：$\frac{0.5mol}{0.2L}$=2.5mol/L，故C正确；
D．由A中可知n（Al）=0.2mol，n（Mg）=0.15mol，根据电子转移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.2mol+2×0.15mol=0.9mol，所以n（H₂）=0.45mol，故氢气体积为0.45mol×22.4mol/L=10.08L，故D错误；
故选D．

点评 本题以图象题的形式考查混合物反应的计算及镁铝的重要化合物性质，题目难度中等，注意分析图象各阶段的物质的量的关系，利用各阶段的化学反应利用守恒关系进行计算．