Question

2．取不同质量的镁铝合金分别与25mL同浓度的稀硝酸反应，测量合金的质量与产生的NO气体的体积（标准状况），列表如下：

实验编号	合金质量（mg）	NO体积（mL）
1	144	112
2	288	224
3	864	560

若第3组实验后向反应容器内加入足量1.0mol•L^-1的NaOH溶液，充分反应，使固体质量不再发生变化，下列说法正确的是（　　）

• A． 硝酸的浓度为4.0mol•L^-1
• B． 硝酸的浓度为1.0mol•L^-1
• C． 至少需要NaOH溶液的体积为75mL
• D． 至少需要NaOH溶液的体积为85mL

Answer 1

分析 分析1、2组数据可知，金属的质量之比等于对应NO的体积之比，说明1、2组金属完全反应，第3组金属若完全反应，可得NO体积为224mL×$\frac{864g}{288g}$=672mL＞560mL，故第3组金属有剩余，硝酸完全反应；第3个实验后向反应容器内加入足量的1.0mol/L NaOH（aq）充分反应，使固体质量不再发生变化，使氢氧化铝恰好转化为NaAlO₂，需要氢氧化钠溶液的体积最小，此时溶液中溶质为NaNO₃、NaAlO₂；根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算第3组生成的NO的物质的量，由反应3Zn+8HNO₃=3Zn（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Al+4HNO₃=Al（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，起氧化剂作用的硝酸为总的硝酸的$\frac{1}{4}$，据此计算25mL硝酸溶液中n（HNO₃）、起酸性作用的硝酸的物质的量，根据c=$\frac{n}{V}$计算原硝酸溶液的浓度；令144mg合金中Mg、Al的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量与转移电子数目列方程计算x、y的值，进而计算864mg合金中Al的物质的量，根据钠离子守恒可知n（NaOH）=n（NaNO₃）+n（NaAlO₂），再根据V=$\frac{n}{c}$计算需要氢氧化钠溶液的最小体积．

解答 解：分析1、2组数据可知，金属的质量之比等于对应NO的体积之比，说明1、2组金属完全反应，第3组金属若完全反应，可得NO体积为224mL×$\frac{864g}{288g}$=672mL＞560mL，故第3组金属有剩余，硝酸完全反应；第3个实验后向反应容器内加入足量的1.0mol/L NaOH（aq）充分反应，使固体质量不再发生变化，使氢氧化铝恰好转化为NaAlO₂，需要氢氧化钠溶液的体积最小，此时溶液中溶质为NaNO₃、NaAlO₂；
第3组生成的NO的物质的量为$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，由反应3Zn+8HNO₃=3Zn（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Al+4HNO₃=Al（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，起氧化剂作用的硝酸为总的硝酸的$\frac{1}{4}$，故25mL硝酸溶液中n（HNO₃）=0.025mol÷$\frac{1}{4}$
=0.1mol，原硝酸溶液的浓度为$\frac{0.1mol}{0.025L}$=4mol/L．
起酸性作用的硝酸的物质的量为0.1mol-0.025mol=0.075mol，
令144mg合金中Mg、Al的物质的量分别为xmol、ymol，由二者质量与转移电子数目守恒有：
$\left\{\begin{array}{l}{2x+3y=\frac{0.112}{22.4}×3}\\{24x+27y=0.144}\end{array}\right.$
解得x=0.0015，y=0.004，
故864mg合金中Al的物质的量0.004mol×$\frac{864mg}{144mg}$=0.024mol，根据钠离子守恒可知n（NaOH）=n（NaNO₃）+n（NaAlO₂）=0.075mol+0.024mol=0.099mol，故需要氢氧化钠溶液的最小体积为$\frac{0.099mol}{1mol/L}$=0.099L=99mL，
故选A．

点评 本题考查混合物的有关计算，过程复杂、计算量较大，题目难度较大，注意利用守恒思想进行的解答．