Question

20．将一定量的镁铝合金投入250mL稀硫酸中，固体全部溶解．待反应完全后，向所得溶液中逐滴加入浓度为5mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示，回答下列问题：
（1）当加入NaOH溶液的体积小于40mL时发生的离子方程式为H⁺+OH^-=H₂O；，当加入NaOH溶液的体积大于200mL时发生反应的离子方程式Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（2）由图可知合金中含Al的物质的量为0.2mol，Mg的质量为2.4g．
（3）原稀硫酸溶液的物质的量浓度为2mol/L．

Answer 1

分析 由图象可知，从开始至加入40mLNaOH溶液没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后有剩余，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，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时：n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH），则n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×5mol/L×0.2L=0.5mol，根据c=$\frac{n}{V}$计算出硫酸的浓度；
从200mL开始NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，溶解氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液体积为：240mL-200mL=40mL=0.04L，消耗氢氧化钠的物质的量为：5mol/L×0.04L=0.2mol，根据反应可知沉淀中氢氧化铝的物质的量为0.2mol；生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃总共消耗（200-40）mL=160mL=0.16L氢氧化钠溶液，消耗氢氧化钠的物质的量为：5mol/L×0.16L=0.8mol，其中生成0.2mol氢氧化铝消耗了0.6mol氢氧化钠，则生成氢氧化镁消耗的氢氧化钠为：0.8mol-0.6mol=0.2mol，则氢氧化镁的物质的量为：0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol，再结合质量守恒计算出合金中Al、Mg的物质的量、质量．

解答 解：由图象可知，从开始至加入NaOH溶液40mL，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，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时：n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH），则n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×5mol/L×0.2L=0.5mol；
从200mL开始NaOH溶解Al（OH）₃：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，溶解氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液体积为：240mL-200mL=40mL=0.04L，消耗氢氧化钠的物质的量为：5mol/L×0.04L=0.2mol，根据反应可知沉淀中氢氧化铝的物质的量为0.2mol；生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃总共消耗（200-40）mL=160mL=0.16L氢氧化钠溶液，消耗NaOH的物质的量为：5mol/L×0.16L=0.8mol，其中生成0.2mol氢氧化铝消耗0.6mol氢氧化钠，则生成氢氧化镁消耗的氢氧化钠：0.8mol-0.6mol=0.2mol，故氢氧化镁的物质的量为：0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol，
（1）从开始至加入NaOH溶液40mL，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，离子反应为：H⁺+OH^-=H₂O；
当加入NaOH溶液的体积大于200mL时，由图象可知，这是溶解Al（OH）₃，离子反应为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：H⁺+OH^-=H₂O；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）根据分析可知，沉淀达到最大时生成了0.2molAl（OH）₃，0.1molMg（OH）₂，根据质量守恒可知，原合金中含有Al的物质的量为0.2mol；
含有金属Mg的物质的量为0.1mol，质量为：24g/mol×0.1mol=2.4g，
故答案为：0.2mol；2.4g；
（3）沉淀量最大时溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时：n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH），则n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×5mol/L×0.2L=0.5mol，加入的硫酸的浓度为：c（H₂SO₄）=$\frac{0.5mol}{0.25L}$=2mol/L，
故答案为：2mol/L．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，明确图象中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，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．