Question

16．将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL，2mol/L H₂SO₄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，n（Al）=0.04mol，V₂=440 mL．
（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）=400_ mL．
（3）若混合物仍为0.1mol，其中镁粉的物质的量分数为a，用100mL 2mol/L的硫酸溶解此混合物后，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．

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），然后计算出n（Al）；
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=$\frac{n}{V}$计算滴入氢氧化钠溶液体积V₂；
（2）使Mg²⁺、Al³⁺刚好完全沉淀，此时生成氢氧化镁、氢氧化铝和硫酸钠，根据硫酸钠的化学式可以计算出氢氧化钠的物质的量，再根据V=$\frac{n}{c}$计算出需要氢氧化钠溶液的体积；
（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：沉淀达到最大量时消耗400mL氢氧化钠溶液，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，据此计算a的范围．

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，
100mL 2mol/L的H₂SO₄溶液中含有硫酸的物质的量为：2mol/L×0.1L=0.2mol，
根据SO₄^2-离子守恒有：x+3y=0.2-0.08=0.12，
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，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）=2×0.2mol+0.04mol=0.44mol，
则V₂点消耗氢氧化钠溶液的体积为：$\frac{0.44mol}{1mol/L}$=0.44L=440mL，
故答案为：0.06；0.04；440；
（2）使Mg²⁺、Al³⁺刚好完全沉淀，此时溶质为硫酸钠，则n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）=0.4mol，加入的NaOH的体积V为：V=$\frac{0.4mol}{1mol/L}$=400mL，
故答案为：400mL；
（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，由上述分析知镁离子、铝离子恰好完全沉淀时消耗400mL氢氧化钠溶液，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．

点评 本题以图象题的形式考查混合物反应的计算、镁铝化合物性质，题目难度中等，分析图象各阶段的发生的反应是解题关键，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用方法．