Question

16．将一定量Mg、Al合金溶于1mol•L^-1的HCl溶液中，进而向所得溶液中滴加1mol•L^-1的NaOH溶液，产生沉淀的物质的量（n）与滴加的NaOH溶液（mL）体积的关系如图所示．下列分析的结论中正确的是（　　）

• A． 无法给出实验中产生H₂的物质的量
• B． 欲给出a的取值范围尚缺少一个条件
• C． 无法认定Mg、Al合金中$\frac{n（Mg）}{n（Al）}$的最大值
• D． 溶解“一定量Mg、Al合金”的HCl溶液的体积为90mL

Answer 1

分析 根据图象可知，在滴加NaOH溶液到体积amL过程中，没有沉淀生成，说明盐酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余盐酸，在amL时，剩余的HCl与滴加的NaOH恰好完全反应，溶液是MgCl₂、AlCl₃和NaCl混合液；
继续滴加氢氧化钠溶液，开始生成Mg（OH）₂、Al（OH）₃沉淀，当加入氢氧化钠溶液80ml时，沉淀量最大，说明氯化铝、氯化镁恰好完全反应，此时溶液为氯化钠溶液，根据钠离子守恒可知n（NaCl）=n（NaOH）=0.08ml×1mol/L=0.08mol．再继续滴加氢氧化钠，在加入90mol时，沉淀物质的量最小，是氢氧化镁沉淀，所以加入10ml氢氧化钠溶解氢氧化铝沉淀，此时溶液为氯化钠、偏铝酸钠溶液，根据铝元素、钠元素守恒可知n（NaAlO₂）=n[Al（OH）₃]=0.01L×1mol/L=0.01mol．所以沉淀量最大时，根据铝元素守恒，氢氧化铝的物质的量为0.01mol；
A．确定了金属镁和金属铝的量就可以确定生成氢气的量；
B．合金的组成可以采用极限假设法，当金属全部是金属铝时剩余的酸最多，a的值最大来判断a得取值范围；
C．若假设盐酸不剩，即a=0，加入的80ml氢氧化钠溶液用于沉淀Mg²⁺、Al³⁺，所以沉淀量最大时，合金中镁元素的物质的量最大，结合氢氧化铝的物质的量，进而确定该合金中两元素物质的量之比的最大值；
D．当加入氢氧化钠溶液80ml时，沉淀量最大，说明氯化铝、氯化镁恰好完全反应，此时溶液为氯化钠溶液，根据钠离子守恒可知n（NaCl）=n（NaOH），根据氯元素守恒，所以n（HCl）=n（NaCl），据此计算判断．

解答 解：根据图象可知，在滴加NaOH溶液到体积amL过程中，没有沉淀生成，说明盐酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余盐酸，在amL时，剩余的HCl与滴加的NaOH恰好完全反应，溶液是MgCl₂、AlCl₃和NaCl混合液．
继续滴加氢氧化钠溶液，开始生成Mg（OH）₂、Al（OH）₃沉淀，当加入氢氧化钠溶液80ml时，沉淀量最大，说明氯化铝、氯化镁恰好完全反应，此时溶液为氯化钠溶液，根据钠离子守恒可知n（NaCl）=n（NaOH）=0.08ml×1mol/L=0.08mol．再继续滴加氢氧化钠，在加入90mol时，沉淀物质的量最小，是氢氧化镁沉淀，所以加入10ml氢氧化钠溶解氢氧化铝沉淀，此时溶液为氯化钠、偏铝酸钠溶液，根据铝元素、钠元素守恒可知n（NaAlO₂）=n[Al（OH）₃]=0.01L×1mol/L=0.01mol．所以沉淀量最大时，根据铝元素守恒，氢氧化铝的物质的量为0.01mol．
A．由上述分析可知，金属镁的量不确定，无法判断生成氢气的量的多少，故A正确；
B．假设盐酸溶解金属后不剩，这种情况下，酸恰好与合金反应完全，即a=0．通过极值法，当合金中完全是铝时，因为沉淀Al³⁺需要NaOH溶液的体积为30mL，从图可知，中和过量的酸所消耗的碱液体积最大为50mL，所以的取值范围为 0≤a＜50，故B错误；
C．若假设盐酸不剩，即a=0，加入的80ml氢氧化钠溶液用于沉淀Mg²⁺、Al³⁺，所以沉淀量最大时，合金中镁元素的物质的量最大，根据铝元素守恒，氢氧化铝的物质的量为0.01mol，根据氢氧根守恒可知沉淀中含有氢氧根n（OH-）=n（NaOH）=0.08ml×1mol/L=0.08mol，所以氢氧化镁沉淀为：$\frac{0.08mol-0.01mol×3}{2}$=0.025mol，所以该合金中$\frac{n（Mg）}{n（Al）}$的最大值为2.5，故C错误；
D．由分析可知溶液中，n（NaCl）=n（NaOH）=0.08ml×1mol/L=0.08mol，根据氯元素守恒，所以n（HCl）=n（NaCl）=0.08mol，所以溶解金属的盐酸的体积为$\frac{0.08mol}{1mol/L}$=0.08L=80ml，故D错误；
故选：A．

点评 本题考查镁、铝化合物混合的有关计算，题目难度中等，明确反应过程是解题关键，根据图象分析，明确每一段图象发生的化学反应、知道拐点代表的含义及溶液中溶质的成分，结合方程式对有关问题进行分析，注意守恒思想的运用，使计算简化．