Question

9．将一小块金属钠投入到盛有100ml AlCl₃和MgCl₂的混合溶液的烧杯中，发现烧杯中有气泡产生，在这过程中还看到烧杯中有白色沉淀产生，沉淀物先多后少．反应完毕后，收集到标准状况下氢气13.44L同时得到21.4g沉淀，将沉淀溶于过量的NaOH溶液中，发现沉淀减少了15.6g，求原混合溶液中Mg²⁺、Al³⁺及Cl^-的物质的量浓度．

Answer 1

分析 将钠投入溶液中，钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，发现烧杯中有气泡产生为氢气，标况下13.44L氢气的物质的量为$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，氢氧化钠和AlCl₃和MgCl₂发生复分解反应，2NaOH+MgCl₂=2NaCl+Mg（OH）₂↓、3NaOH+AlCl₃=3NaCl+Al（OH）₃↓，在这过程中还看到烧杯中有白色沉淀产生21.4g为Mg（OH）₂、Al（OH）₃，沉淀沉淀物先多后少是因为：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，将沉淀溶于过量的NaOH溶液中，发现沉淀减少了15.6g，NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，否则剩余Al（OH）₃会继续溶解生成NaAlO₂，混合沉淀物21.4g中含有OH^-全部来自NaOH，根据OH^-守恒，发现得到21.4g沉淀时已有4molNaOH用于生成Al（OH）₃以及将其溶解，根据4NaOH+AlCl₃=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl求解，据此分析解答．

解答 解：标况下13.44L氢气的物质的量为n=$\frac{V}{{V}_{m}}$=$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑同时产生1.2molNaOH，氢氧化钠和AlCl₃和MgCl₂发生复分解反应：2NaOH+MgCl₂=2NaCl+Mg（OH）₂↓、3NaOH+AlCl₃=3NaCl+Al（OH）₃根据题义，沉淀先多后少，所以可以判断剩余沉淀为Mg（OH）₂和Al（OH）₃的混合物，因将21.4g沉淀溶于过量的NaOH溶液中，发现沉淀减少了15.6g，所以溶液中没有NaOH，沉淀减少为NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，剩余沉淀：21.4-15.6=5.8g是Mg（OH）₂，其物质的量为：n=$\frac{m}{M}$=$\frac{5.8g}{58g/mol}$=0.1mol，2NaOH+MgCl₂=2NaCl+Mg（OH）₂↓，所以初始溶液中MgCl₂也有0.1mol，MgCl₂浓度为c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.1mol}{0.1L}$=1mol/L；
将21.4g沉淀溶于过量的NaOH溶液中，发现沉淀减少了15.6g，沉淀减少的量就是沉淀中含有的Al（OH）₃的量：n=$\frac{m}{M}$=$\frac{15.6g}{78g/mol}$=0.2mol，
Mg（OH）₂和Al（OH）₃的混合沉淀物21.4g中含有OH^-全部来自NaOH，0.1molMgCl₂形成沉淀需OH^-0.2mol，0.2molAl（OH）₃需OH^-0，6mol，所以得到21.4g沉淀时已有1.2-0.8=0.4molNaOH用于生成Al（OH）₃以及将其溶解，根据4NaOH+AlCl₃=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl，所以参加这部分反应的AlCl₃的物质的量为：$\frac{0.4mol}{4}$=0.1mol，所以初始溶液中有AlCl₃的物质的量为：0.1mol+0.2mol=0.3mol，AlCl₃的物质的量浓度为c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.3mol}{0.1L}$=3mol/L；
 初始溶液中MgCl₂0.1mol，AlCl₃0.3mol，所以原混合溶液中Cl^-的物质的量为：0.1mol×2+0.3mol×3=1.1mol，其物质的量浓度为c=$\frac{n}{V}$=$\frac{1.1mol}{0.1L}$=11mol/L；
故答案为：Mg²⁺的物质的量浓度1mol/L；Al³⁺的物质的量浓度3mol/L；Cl^-的物质的量浓度11mol/L．

点评 本题考查混合物的有关计算，侧重对学生思维能力的考查，掌握镁、铝及其化合物的性质是解答的关键，注意4NaOH+AlCl₃=NaAlO₂+2H₂O+3NaCl，题目难度中等．