Question

17．镁铝合金已成为轮船制造、化工生产、机械制造等行业的重要原材料．为测定一镁铝合金样品中镁的质量分数，课外兴趣小组同学设计了下列三个实验方案．根据上述实验方案回答下列问题．
（1）写出方案一“反应Ⅱ”中发生反应的离子方程式：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（2）方案二与方案三产生的气体体积不同．现测得两方案气体体积相差224mL（折算成标准状况）．试计算合金中镁的质量分数．
（3）若方案三中，取用NaOH溶液的体积为50mL，则该NaOH溶液的物质的量浓度至少是2mol/L．

Answer 1

分析 （1）镁铝合金样品与足量的盐酸反应生成氯化镁和氯化铝溶液，再加过量的氢氧化钠溶液，生成氢氧化镁沉淀和偏铝酸钠溶液；
（2）根据电子得失守恒可知，镁铝合金样品中的铝与酸反应和与碱反应产生的氢气相等，所以在方案二与方案三中，产生的气体体积不同的部分是因为镁与酸产生氢气，而与碱不反应，所以相差224mL的氢气即为镁与酸反应产生成的氢气，据此可计算出镁的质量，进而确定镁的质量分数；
（3）由（2）的计算可知2.94g样品中镁的质量，则可计算出铝的质量，根据铝与氢氧化钠反应的方程式可计算出氢氧化钠的物质的量，进而确定NaOH溶液的物质的量浓度；

解答 解：（1）镁铝合金样品与足量的盐酸反应生成氯化镁和氯化铝溶液，再加过量的氢氧化钠溶液，生成氢氧化镁沉淀和偏铝酸钠溶液，所以反应Ⅱ中发生反应的离子方程式为Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）根据电子得失守恒可知，镁铝合金样品中的铝与酸反应和与碱反应产生的氢气相等，所以在方案二与方案三中，产生的气体体积不同的部分是因为镁与酸产生氢气，而与碱不反应，所以相差224mL即0.01mol的氢气即为镁与酸反应产生成的氢气，根据反应Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑可知镁的质量为24g/mol×0.01mol=0.24g，所以镁的质量分数为$\frac{0.24g}{2.94g}$×100%=8.16%，
故答案为：8.16%；
（3）由（2）的计算可知2.94g样品中镁的质量为0.24g，所以样品中铝的质量为2.94g-0.24g=2.7g，其物质的量为0.1mol，根据反应2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+H₂↑可知，氢氧化钠的物质的量为0.1mol，所以NaOH溶液的物质的量浓度为$\frac{0.1mol}{0.05L}$=2mol/L，
故答案为：2mol/L．

点评 本题考查镁和铝的化学性质、化学实验方案的设计，物质含量测定、化学计算等，难度中等，掌握镁和铝的化学性质是解题的关键．