Question

5．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．计算：
（1）加入NaOH溶液0--40mL过程中反应方程式为：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．
400--480mL过程中反应的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
（2）Mg和Al的总质量为多少g？
（3）生成的H₂在标准状况下的总体积为多少升？
（4）生成的沉淀最大的质量是多少g？

Answer 1

分析 由图象可知，从开始至加入NaOH溶液40mL，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）=400mL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0.7mol，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时n（Na₂SO₄）等于400mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．从400mL开始，NaOH溶解Al（OH）₃，发生反应NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）₂，物质的量为0.3mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）₂为0.3mol，Al（OH）₃为0.7mol-0.3mol=0.4mol，所以该阶段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.4mol，氢氧化钠的浓度为：$\frac{0.4mol}{0.48L-0.4L}$=5mol/L，
（1）根据分析写出反应的化学方程式；
（2）由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]，在根据m=nM计算各自的质量，进而计算金属的总质量；
（3）根据电子转移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg），据此计算n（H₂）；
（4）根据质量守恒计算出氢氧化铝和氢氧化镁的物质的量及质量．

解答 解：由图象可知，从开始至加入NaOH溶液40mL，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）=400mL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0.7mol，溶液中溶质为Na₂SO₄，根据钠元素守恒可知此时n（Na₂SO₄）等于400mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍；从400mL开始，NaOH溶解Al（OH）₃，发生反应NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）₂，物质的量为0.3mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）₂为0.3mol，Al（OH）₃为0.7mol-0.3mol=0.4mol，所以该阶段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.4mol，氢氧化钠的浓度为$\frac{0.4mol}{0.48L-0.4L}$=5mol/L，
（1）加入NaOH溶液0-40mL过程中硫酸与氢氧化钠溶液反应，反应的化学方程式为：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；
400-480mL过程中氢氧化铝溶解，反应的离子方程式为：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（2）由元素守恒可知：n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.4mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.3mol，故Mg和Al的总质量为：0.4mol×27g/mol+0.3mol×24g/mol=18g，
答：Mg和Al的总质量为18g；
（3）由（1）中可知n（Al）=0.4mol，n（Mg）=0.3mol，根据电子转移守恒可知：2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.4mol+2×0.3mol=1.8mol，
所以n（H₂）=0.9mol，标准状况下0.9mol氢气的体积为：22.4L/mol×0.9mol=20.16L，
答：生成的H₂在标准状况下的总体积为20.16L；
（4）加入400mL氢氧化钠溶液时生成沉淀达到最大，根据质量守恒可知：n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.4mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.3mol，
则生成沉淀的最大质量为：78g/mol×0.4mol+58g/mol×0.3mol=48.6g，
答：生成沉淀的最大质量为48.6g．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，明确发生反应的原理为解答关键，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．