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15.向100g质量分数分别为3.65%盐酸和12%MgSO4的混合溶液中,滴加质量分数为3.42%的Ba(OH)2溶液至过量.(为便于计算设Ba(OH)2溶液的密度为1g/cm3
(1)将产生不同沉淀阶段的沉淀的化学式与加入Ba(OH)2溶液体积(V)的关系填入下表:
Ba(OH)2溶液体积(V)/mL
沉淀的化学式
(2)请在如图坐标系中完成沉淀的质量和Ba(OH)2溶液体积(V)间的关系图线.

分析 向盐酸和MgSO4溶液中加入Ba(OH)2后,Ba2+与溶液中的SO42-反应生成既不溶于水又不溶于酸的BaSO4沉淀,OH-先跟盐酸的H+发生中和反应;若OH-先和Mg2+产生沉淀Mg(OH)2,由于HCl的存在,HCl能将生成Mg(OH)2溶解,故OH-先跟盐酸的H+反应,待H+完全反应,OH-与Mg2+开始生成Mg(OH)2沉淀.

解答 解:(1)100g质量分数分别为3.65%盐酸和12%MgSO4的混合溶液中,氯化氢的质量=100g×3.65%=3.65g,硫酸镁的质量=100g×12%=12g;向盐酸和MgSO4溶液中加入Ba(OH)2后,Ba2+与溶液中的SO42-反应生成既不溶于水又不溶于酸的BaSO4沉淀,OH-先跟盐酸的H+发生中和反应,待H+完全反应,OH-与Mg2+开始生成Mg(OH)2沉淀;
设与3.65g氯化氢完全反应,需要质量分数为3.42%的Ba(OH)2的体积为V,
  2HCl+Ba(OH)2═BaCl2+2H2O
    73     171       
 3.65g  V×1g/mL×3.42%      
  $\frac{73}{3.65g}=\frac{171}{V×1g/mL×3.42%}$
解得:v=250mL
因为:BaCl2+MgSO4═BaSO4↓+MgCl2,由以上两个方程式得出关系式:2HCl~BaSO4~MgSO4~MgCl2
设生成硫酸钡的质量为x,反应掉的硫酸镁的质量为y,生成的氯化镁质量为z
所以:2HCl~BaSO4~MgSO4~MgCl2
            73       233        120         95
         3.65g        x           y           z
  $\frac{73}{3.65g}=\frac{233}{x}=\frac{120}{y}=\frac{95}{z}$
解得:x=11.65g      y=6g           z=4.75g
这时的溶液是硫酸镁和氯化镁的混合溶液,当加入氢氧化钡溶液时产生了硫酸钡沉淀和氢氧化镁沉淀;当硫酸镁完全反应后,再加入氢氧化钡溶液时只产生氢氧化镁沉淀,当氯化镁完全反应后再加入氢氧化钡溶液时 不再产生沉淀.溶液中硫酸镁的质量为12g-6g=6g;
设6g的硫酸镁与氢氧化钡反应生成的生成的硫酸钡为p,氢氧化镁为q,氢氧化钡溶液的体积为m
MgSO4+Ba(OH)2═BaSO4↓+Mg(OH)2
120            171            233          58
6g   m×1g/mL×3.42%      p          q
$\frac{120}{6g}=\frac{171}{m×1g/mL×3.42%}=\frac{233}{p}=\frac{58}{q}$
解得:m=250mL                 p=11.65g        q=2.9g
再设4.75g的氯化镁与氢氧化钡溶液反应,需氢氧化钡溶液的体积为n,生成的氢氧化镁沉淀的质量为r
MgCl2+Ba(OH)2═BaCl2+Mg(OH)2
95            171                           58
4.75g   n×1g/mL×3.42%               r
$\frac{95}{4.75g}=\frac{171}{n×1g/mL×3.42%}=\frac{58}{r}$
解得:n=250mL                  r=2.9g
所以:(1)加入0~250mL质量分数为3.42%的Ba(OH)2溶液时,只产生硫酸钡沉淀,沉淀质量为0~11.65g;当加入250~500mL的Ba(OH)2溶液时产生的是硫酸钡和氢氧化镁沉淀,沉淀质量为11.65g~26.2g;当加入500~750mL的Ba(OH)2溶液时,只产生氢氧化镁沉淀,沉淀质量为26.2g~29.1g;当加入Ba(OH)2溶液大于750mL时,不产生沉淀,得出下表:

Ba(OH)2溶液体积(V)/mL(0~250](250~500](500~750](750-
沉淀的化学式BaSO4BaSO4、Mg(OH)2Mg(OH)2-
(2)根据上述数据可作出沉淀的质量和Ba(OH)2溶液体积(V)间的关系图线:

点评 解答本题的关键是分清:当溶液中含有盐酸时,加入氢氧化钡溶液,不产生氢氧化镁沉淀,只产生硫酸钡沉淀;当溶液中的盐酸完全反应了,这时加入氢氧化钡溶液产生的沉淀是氢氧化镁和硫酸钡的混合物.

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【实验结论】(1)A中产生的气体是O2
(2)实验 II、III证明:氧化铁的化学性质和质量在反应前后均没有发生变化,可以作过氧化氢分解的催化剂;
(3)写出氧化铁催化过氧化氢分解的化学方程式2H2O2$\frac{\underline{\;Fe_{2}O_{3}\;}}{\;}$2H2O+O2↑.
【实验拓展】
查阅资料得知,CuO、CuSO4、猪肝、马铃薯等也可以做过氧化氢溶液分解的催化剂.
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