Question

15．将一定质量的Mg和Al混合物投入400mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体．待反应完全后，向所得溶液中加入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．

（1）原混合物中Mg和Al的质量之为3：2；
（2）生成的H₂在标准状况下的体积为10.08L；
（3）加入NaOH溶液的物质的量浓度为5mol/L．
（4）稀硫酸的物质的量浓度为1.25mol/L．

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；
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，
（1）由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，再根据m=nM计算；
（2）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；
（3）由200～240mL发生Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，根据氢氧化铝物质的量计算n（NaOH），再根据c=$\frac{n}{V}$计算出；
（4）沉淀量最大，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒计算n（Na₂SO₄），再根据c=$\frac{n}{V}$计算．

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；
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，
（1）由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，所以镁和铝的质量之比为：0.2mol×27g/mol：0.15mol×24g/mol=3：2，
故答案为：3：2；
（2）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，
故答案为：10.08L；
（3）由200～240mL发生Al（OH）₃+NaOH=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：$\frac{0.2mol}{0.24L-0.2L}$=5mol/L，
故答案为：5mol/L；
（4）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240mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的$\frac{1}{2}$倍，所以n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$×0.2L×5mol/L=0.5mol，所以硫酸的浓度为：$\frac{0.5mol}{0.4L}$=1.25mol/L，
故答案为：1.25mol/L．

点评 本题考查以图象题的形式考查镁铝的重要化合物、混合物反应的计算等，题目难度中等，注意分析图象各阶段的物质的量的关系，根据各阶段的化学反应，利用守恒计算．