Question

19．为测定镁铝合金中镁的质量分数，取一定质量的样品，完全溶于500mL稀硫酸中，并向所得溶液中加入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）合金中镁的质量分数是40%；
（2）所用NaOH溶液的物质的量浓度是5mol/L，所用硫酸的物质的量浓度是1mol/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，从20mL到200mL，生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃，当V（NaOH溶液）=200mL时，沉淀量最大，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，发生反应：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，所以沉淀量最大时，Mg（OH）₂为0.15mol，Al（OH）₃为0.35mol-0.15mol=0.2mol．
（1）根据Mg、Al原子守恒计算各自物质的量，再根据m=nM计算各自质量，进而计算Mg的质量分数；
（2）从200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）₃，根据方程式计算消耗NaOH的物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算NaOH溶液的浓度；
消耗200mLNaOH溶液时，沉淀到达最大值，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），进而计算硫酸的物质的量浓度．

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，从20mL到200mL，生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃，当V（NaOH溶液）=200mL时，沉淀量最大，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，发生反应：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，所以沉淀量最大时，Mg（OH）₂为0.15mol，Al（OH）₃为0.35mol-0.15mol=0.2mol．
（1）由元素守恒可知n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，m（Mg）=0.15mol×24g/mol=3.6g，n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，m（Al）=0.2mol×27g/mol=5.4g，则Mg的质量分数为$\frac{3.6g}{3.6g+5.4g}$×100%=40%，
故答案为：40%；
故m（Mg）=0.15mol×24g/mol=3.6g，m（Al）=0.2mol×27g/mol=5.4g，
（2）由上述分析可知，从200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）₃，根据方程式可知n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，则c（NaOH）=$\frac{0.2mol}{0.24L-0.2L}$=5mol/L，
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）=$\frac{1}{2}$×0.2L×5mol/L=0.5mol，n（H₂SO₄）=n（Na₂SO₄）=0.5mol，则c（H₂SO₄）=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L，
故答案为：5mol/L；1mol/L．

点评 本题以图象题的形式考查混合物计算、镁铝的重要化合物性质，明确各阶段发生的反应是解题关键，注意利用守恒法进行的计算，题目难度中等．