Question

某研究性学习小组为测定镁和铝的混合物中铝的质量分数，称取该混合物a g，溶于100mL 5moL∕L盐酸中，共收集到标准状况下的氢气3.36L．
（1）a的取值范围是

2.7＜a＜3.6

．
（2）向反应后所得溶液中逐渐加入4mol/L的NaOH溶液．当沉淀质量达到最大值时，加入的NaOH溶液的体积是

250

mL，沉淀的最大质量是

a+5.1

g（用含a的代数式表示）
（3）继续加入NaOH溶液至沉淀质量不再发生变化时，过滤、洗涤并灼烧沉淀至恒重，所得残余固体的质量仍为a g，计算原混合物中铝的质量分数

40%

．

Answer 1

分析：（1）根据极限法求出合金的质量范围；
（2）根据溶液中的HCl、MgCl₂、AlCl₃与碱反应求出NaOH的物质的量；
（4）根据合金当中Al元素的质量与MgO中O元素的质量相等，求出Al质量分数．

解答：解：（1）根据氢气体积，可以确定氢气物质的量为

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，则反应的氢离子的物质的量为0.15×2=0.3mol，
HCl溶液中HCl物质的量为：0.2L×5mol/L=1mol，所以盐酸过量，
根据Mg和Al与盐酸的反应可知，当氢气的量固定时，合金全为Mg时合金质量最大，当合金全为Al时合金质量最小，
 根据关系式：Mg～H₂       2Al～3H₂
        0.15mol 0.15mol  0.1mol  0.15mol
合金质量增大为：m（Mg）=0.15mol×24g/mol=3.6g，
合金的质量最小为：m（Al）=0.1mol×24g/mol=2.7g，
所以a的范围为：2.7＜a＜3.6，
故答案为：2.7＜a＜3.6；
（2）根据反应过程我们可以发现
Mg～H₂～2HClH～Mg²⁺～2NaOH～Mg（OH）₂
Al～

3

2

H₂～3HCl～Al³⁺～3NaOH～Al（OH）₃
由关系式HCl（过量）～NaOH，可知加入的NaOH的物质的量与酸的物质的量相等，生成的沉淀有增大值，
HCl的物质的量为：0.2L×5mol/L=1mol，
所以NaOH的物质的量为1mol，NaOH溶液体积为

1mol

4mol/L

=0.25L=250mL，
由于沉淀当中只引入了OH^-，故沉淀质量应为原合金质量a加上新引入的OH^-的质量，而引入的OH^-的物质的量为氢气物质的量的2倍，
所以沉淀的质量为：

3.36L

22.4L/mol

×2×17g/mol+ag=（a+5.1）g，
故答案为：250；a+5.1；
（3）灼烧沉淀至恒重，最终物质为MgO，而最终MgO的质量与最初合金的质量相等，所以合金当中Al元素的质量与MgO中O元素的质量相等，
所以合金当中Mg与Al的质量比即为MgO中Mg与O质量比相等，而MgO当中两元素质量比即为原子量之比，
所以合金当中Al质量分数为：ω（Al）=

16

16+24

×100%=40%，
故答案为：40%．

点评：本题考查了镁、铝的性质及化学计算，在问题（2）中很容易忘记过量的HCl，从而导致错误的解答，而问题（3）若采用常规方法则难以解答，采用了守恒法可以起到事倍功半的效果．