Question

15．在标准状况下，进行甲、乙、丙三组镁铝合金与盐酸的反应实验．三组实验的有关数据如下表：

组别	镁铝合金质量/g	HCl溶液体积/mL	气体的体积/L
甲	2.55	400	2.80
乙	3.85	400	3.36
丙	4.59	400	3.36

试完成下列问题：
（1）求得的盐酸物质的量浓度是0.75mol/L；
（2）求得镁、铝的物质的量之比是1：1．
（3）在丙组实验之后向容器中加入1mol•L^-1的氢氧化钠溶液，使剩余固体中无铝元素，求所加氢氧化钠溶液的体积．（写计算过程）．

Answer 1

分析 HCl的物质的量一定，甲中合金质量小于乙中合金质量，且甲中生成气体体积小于乙中气体体积，说明甲中盐酸过量、金属完全反应．生成3.36L氢气需要合金的质量为2.55g×$\frac{3.36L}{2.80L}$$\frac{336mL}{280mL}$=3.06g＜3.85g，故乙、丙中金属剩余，盐酸不足．
（1）丙中盐酸完全反应，根据氢原子守恒计算n（HCl），进而计算盐酸物质的量浓度；
（2）甲中盐酸有剩余，金属完全反应，设镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量、电子转移守恒列方程计算解答；
（3）在丙组实验之后向容器中加入1mol•L^-1的氢氧化钠溶液，使剩余固体中无铝元素，最终溶液中溶质为NaCl、NaAlO₂，根据钠离子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂），结合氯离子守恒、Al原子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂）=n（HCl）+n（Al），根据（2）中比例关系可计算丙中Al的物质的量，进而计算需要氢氧化钠溶液体积．

解答 解：HCl的物质的量一定，甲中合金质量小于乙中合金质量，且甲中生成气体体积小于乙中气体体积，说明甲中盐酸过量、金属完全反应．生成3.36L氢气需要合金的质量为2.55g×$\frac{3.36L}{2.80L}$$\frac{336mL}{280mL}$=3.06g＜3.85g，故乙、丙中金属剩余，盐酸不足．
（1）丙中盐酸完全反应，生成氢气3.36L，氢气的物质的量为：$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根据氢元素守恒可知：n（HCl）=2n（H₂）=2×0.15mol=0.3mol，盐酸物质的量浓度为$\frac{0.3mol}{0.4L}$=0.75mol/L，
故答案为：0.75mol/L；
（2）甲中盐酸有剩余，金属完全反应，此时生成氢气2.80mL，故可以根据甲组数据计算金属的物质的量之比，设镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量可知：①24x+27y=2.55，根据电子转移守恒有：②2x+3y=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$×2，
根据①②联立解得：x=0.05、y=0.05，
所以合金中镁与铝的物质的量之比为：0.05mol：0.05mol=1：1，
故答案为：1：1；
（3）在丙组实验之后向容器中加入1mol•L^-1的氢氧化钠溶液，使剩余固体中无铝元素，最终溶液中溶质为NaCl、NaAlO₂，根据钠离子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂），结合氯离子守恒、Al原子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂）=n（HCl）+n（Al），
根据（2）中比例关系，可知丙中Al的物质的量为$\frac{4.59g}{24g/mol+27g/mol}$=0.09mol，
则n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂）=n（HCl）+n（Al）=0.3mol+0.09mol=0.39mol，
故需要NaOH溶液体积为$\frac{0.39mol}{1mol/L}$=0.39L，
答：所加氢氧化钠溶液的体积为0.39L．

点评 本题考查混合物的计算，题目难度中等，根据表中数据关系判断反应的过量问题是关键，注意利用守恒思想解答，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学计算能力．