Question

镁、铝及其化合物广泛应用于材料工业、药物合成等工业生产中．某化学兴趣小组的同学们对三种不同的镁铝合金样品进行编号，并展开了实验探究．
（1）取样品①m₁ g，加入过量NaOH溶液，充分反应后过滤；往滤液中通入过量CO₂气体；将所得沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧，得到固体的质量仍然为m₁ g．合金中镁的质量分数为

 

（保留2位小数，下同）．
（2）取样品②m₂ g，与足量稀硫酸反应，固体完全溶解时得到气体的体积为V L（标准状况）．m₂的取值范围是

 

．
（3）取样品③0.918g，与30.00mL、2.00mol/L盐酸充分反应后，得到672mL气体（标准状况），剩余合金0.306g．然后改加1.00mol/L的NaOH溶液，使剩余合金中的铝恰好完全溶解．需要加入1.00mol/L的NaOH溶液

 

mL．
（4）为了确定可能含有镁、铝元素的某未知硫酸盐晶体的化学式，称取67.80g晶体溶于水，向其中逐滴加入足量Ba（OH）₂溶液后过滤，得到99.00g白色沉淀，用稀硝酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，最终得到白色固体93.20g．试通过计算确定该晶体的化学式．（写出推算过程）

Answer 1

分析：（1）发生的反应为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓、2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，得到的固体是氧化铝，反应前后质量不变，说明氧化铝中的氧元素质量分数等于镁元素质量分数；
（2）采用极限法计算固体质量范围；
（3）氢气的物质的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，盐酸的物质的量=2.00mol/L×0.03L=0.06mol，根据氢原子守恒知，盐酸中氢离子全部析出，生成0.03mol氢气需要镁的质量=0.03mol×24g/mol=0.72g＞（0.918g-0.306g）=0.612g，所以部分Al参加反应，则剩余的固体是Al，根据铝和氢氧化钠之间的关系式计算；
（4）99.00g白色沉淀为硫酸钡和氢氧化镁，用稀硝酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，最终得到白色固体93.20g为硫酸钡，根据原子守恒确定该晶体的化学式．

解答：解：（1）发生的反应为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓、2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，得到的固体是氧化铝，反应前后质量不变，说明氧化铝中的氧元素质量分数等于镁元素质量分数，则合金中镁元素的质量分数=

16×3

16×3+27×2

×100%=0.47，
故答案为：0.47；
（2）假设全部是Mg，设镁的质量为x，
Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂ ↑
24g        22.4L
x            VL
24g：22.4L=x：VL
x=

24g×VL

22.4L

=

24V

22.4

g，
假设合金全部是Al，
设铝的质量是y，
2Al+6H⁺=2Al²⁺+3H₂↑
54g           67.2L
y              VL
54g：67.2L=y：VL，
y=

54g×VL

67.2L

=

27V

33.6

g，
故答案为：

27V

33.6

＜m₂＜

24V

22.4

；
（3）氢气的物质的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，盐酸的物质的量=2.00mol/L×0.03L=0.06mol，根据氢原子守恒知，盐酸中氢离子全部析出，生成0.03mol氢气需要镁的质量=0.03mol×24g/mol=0.72g＞（0.918g-0.306g）=0.612g，所以部分Al参加反应，则剩余的固体是Al，
设NaOH溶液的体积为VL，
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54g   2mol
0.306g （1×V）mol
54g：2mol=0.306g：（1×V）mol
V=

0.306g×2mol

54g×1mol

=0.078L=78mL，
故答案为：78.00；
（4）n（SO₄^2-）=

93.2g

233g/mol

=0.4mol，n（Mg²⁺）=

5.8g

58g/mol

=0.1 mol，根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理：2 n（Mg²⁺）+3n（Al³⁺）=2n（SO₄^2-），可得：n（Al³⁺）=

1

3

（2×0.4mol-2×0.1mol）=0.2 mol，n（H₂O）=

67.8g-0.2mol×27g/mol-0.1mol×24g/mol-0.4mol×96g/mol

18g/mol

=1.2mol，该结晶水合物的化学式为Mg（Al）₂（SO₄）₄?12H₂O[或MgSO₄?Al₂（SO₄）₃?12H₂O]，
答：该晶体的化学式为Mg（Al）₂（SO₄）₄?12H₂O[或MgSO₄?Al₂（SO₄）₃?12H₂O]．

点评：本题考查了合金的有关计算，明确物质之间的反应结合方程式来分析解答，注意（3）中要进行计算来确定0.306g固体的成分，再结合原子守恒进行计算，题目难度较大．