Question

1．将15.6g表面已被氧化的铝片投入300mL的稀硫酸中，恰好完全反应，产生标准状况下H₂的体积为6.72L．
求（1）铝片中Al₂O₃的物质的量；
（2）稀硫酸的物质的量浓度；
（3）若该稀硫酸用12.0mol/L的浓硫酸配制，求所需浓硫酸的体积为多少？
（4）向反应结束后的溶液中滴加NaOH溶液直至出现7.8g沉淀，求滴加NaOH物质的量为多少？

Answer 1

分析 （1）根据电荷守恒计算Al的物质的量，再根据m=nM计算Al的质量，进而计算氧化铝的质量，根据n=$\frac{m}{M}$计算氧化铝的物质的量；
（2）最终为硫酸铝溶液，由Al原子、硫酸根离子守恒可得n（H₂SO₄）=3n[Al₂（SO₄）₃]=3×[$\frac{1}{2}$n（Al）+n（Al₂O₃）]，进而计算硫酸的物质的量浓度；
（3）根据稀释定律计算；
（4）可能两种情况：一为沉淀不完全，发生反应Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，只生成Al（OH）₃沉淀；另一种情况为沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，发生Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓、Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，结合方程式计算消耗氢氧化钠物质的量．

解答 解：（1）氢气物质的量为$\frac{6.72L}{22.4L/mol}$=0.3mol，根据电荷守恒，Al的物质的量为$\frac{0.3mol×2}{3}$=0.2mol，Al的质量为0.2mol×27g/mol=5.4g，氧化铝的质量为15.6g-5.4g=10.2g，氧化铝的物质的量为$\frac{10.2g}{102g/mol}$=0.1mol，
答：铝片中Al₂O₃为0.1mol；
（2）最终为硫酸铝溶液，由Al原子、硫酸根离子守恒可得n（H₂SO₄）=3n[Al₂（SO₄）₃]=3×[$\frac{1}{2}$n（Al）+n（Al₂O₃）]=3×（0.2mol×$\frac{1}{2}$+0.1mol）=0.6mol，故硫酸的物质的量浓度为$\frac{0.6mol}{0.3L}$=2mol/L，
答：该稀硫酸的浓度为2mol/L；
（3）稀释前后溶质硫酸的物质的量不变，根据稀释定律，需要浓硫酸的体积为$\frac{300mL×2mol/L}{12mol/L}$=50.0mL，
答：需要12.0mol/L的浓硫酸为50.0mL；
（4）Al原子总物质的量为0.4mol，若Al元素都转化为氢氧化铝沉淀，则氢氧化铝沉淀的质量=0.4mol×78g/mol=31.2g＞7.8g，说明有两种情况：一为沉淀不完全，只生成Al（OH）₃沉淀；另一种情况为沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，n[Al（OH）₃]=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol，
①若碱不足，由Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓可知，NaOH的物质的量为0.1mol×3=0.3mol，
②沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，则：
    Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓
0.4mol 1.3mol 0.4mol
         Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O
（0.4-0.1）mol （0.4-0.1）mol
则消耗的碱的物质的量为1.2mol+（0.4-0.1）mol=1.5mol，
答：需要加入氢氧化钠的物质的量为0.3mol或1.5mol．

点评 本题考查混合物的有关计算，题目难度中等，注意利用守恒法计算，（4）中关键是根据氯化铝与氢氧化铝的量判断发生的反应，侧重考查学生分析计算能力．