Question

13．0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL 2mol•L^-1H₂SO₄溶液中，然后再滴加1mol•L^-1NaOH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=180mL时，则金属粉末中n（Mg）=0.08 mol，V₂=420mL．
（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）=400mL．
（3）若混合物仍为0.1mol，其中Mg粉的物质的量分数为a，用100mL 3mol•L^-1硫酸溶解此混合物后，再加入 1mol•L^-1NaOH溶液，所得沉淀最多时NaOH溶液的体积=0.6L．

Answer 1

分析 （1）根据图象可知，在滴加NaOH溶液到体积V₁=180mL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，剩余的H₂SO₄与滴加的NaOH恰好完全反应时，溶质是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，令MgSO₄为xmol，Al₂（SO₄）₃为ymol，根据守恒列方程求算n（Mg）；
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，根据守恒有：n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al），进而计算氢氧化钠溶液体积；
（2）当溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全时，即沉淀达到最大值，此时，溶液是Na₂SO₄溶液，根据SO₄^2-离子和Na⁺离子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄），再计算氢氧化钠溶液体积；
（3）沉淀最大时，溶液中溶质是Na₂SO₄溶液，根据SO₄^2-离子和Na⁺离子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄），再计算氢氧化钠溶液体积．

解答 解：（1）100mL 2mol•L^-1的H₂SO₄溶液中硫酸的物质的量为0.1L×2mol/L=0.2mol，
当V₁=180mL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）=$\frac{1}{2}$×0.18L×1mol/L=0.09mol
令MgSO₄为xmol，Al₂（SO₄）₃为ymol，则：
根据Mg原子、Al原子守恒有：x+2y=0.1
根据SO₄^2-离子守恒有：x+3y=0.2-0.09
联立方程，解得：x=0.08；y=0.01
所以金属粉末中n（Mg）=0.08mol，n（Al）=2y=2×0.01mol=0.02mol
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×+0.02mol=0.42mol，所以，V₂=$\frac{0.42mol}{1mol/L}$=0.42L=420mL，
故答案为：0.08；420；
（2）当溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全时，此时溶液是Na₂SO₄溶液，根据SO₄^2-离子和Na⁺离子守恒有：n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）=2×0.1L×2mol/L=0.4mol，所以V（NaOH）=$\frac{0.4mol}{1mol/L}$=0.4L=400mL，
故答案为：400；
（3）沉淀最大时，溶液中溶质是Na₂SO₄溶液，根据SO₄^2-离子和Na⁺离子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）=2×0.1L×3mol/L=0.6mol，所以V（NaOH）=$\frac{0.6mol}{1mol/L}$=0.6L，
故答案为：0.6．

点评 本题以图象形式考查混合物计算，清楚每一段图象发生的化学反应、知道拐点代表的含义及溶液中溶质的成分，注意守恒思想的运用．