Question

有4種質(zhì)量比可能相同或不同的鎂鋁合金樣品①、②、③、④．甲、乙、丙、丁4位同學各取1種樣品，進行下列實驗，測定合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)．
（1）甲同學取樣品①m₁ g和過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)，然后過濾；再往濾液中通入過量的二氧化碳氣體，將所得沉淀過濾、洗滌、烘干、灼燒，得到固體質(zhì)量仍為m₁ g．則樣品①合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)為

 

．
（2）乙同學取樣品②m₂ g和足量的鹽酸反應(yīng)，然后滴加過量的氫氧化鈉溶液，將沉淀過濾、洗滌、烘干、灼燒，得到固體質(zhì)量仍為m₂ g．則樣品②合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)為

 

．
（3）丙同學取樣品③m₃ g和足量的稀硫酸反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)固體完全溶解，標準狀況下得到氣體體積為V L，則樣品③中m₃的取值范圍是

 

．
丁同學取不同質(zhì)量的樣品④分別和30mL同濃度的鹽酸反應(yīng)，所取合金質(zhì)量與產(chǎn)生氣體體積（已轉(zhuǎn)化為標準狀況）如下表：

實驗序號	a	b	c
合金質(zhì)量/mg	510	765	918
氣體體積/mL	560	672	672

（4）通過計算求該鹽酸的物質(zhì)的量濃度．
（5）通過計算求樣品④中合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)．
（6）在c組實驗后，還需向容器中加入1.0mol?L^-1的氫氧化鈉溶液多少毫升才能使剩余合金中的鋁恰好完全溶解？

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量,鎂的化學性質(zhì),鋁的化學性質(zhì)

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題,計算題

分析：（1）發(fā)生的反應(yīng)為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓、2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，得到的固體是氧化鋁，反應(yīng)前后質(zhì)量不變，說明氧化鋁中的氧元素質(zhì)量分數(shù)等于鎂元素質(zhì)量分數(shù)；
（2）取樣品②m₂ g和足量的鹽酸反應(yīng)，然后滴加過量的氫氧化鈉溶液，將沉淀過濾、洗滌、烘干、灼燒，發(fā)生反應(yīng)為：2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Mg+2HCl=MgCl₂+3H₂↑、AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O、MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂↓+2NaCl、Mg（OH）₂

△   .

MgO+H₂O，得到固體質(zhì)量仍為m₂ g，說明氧化鎂中的氧元素質(zhì)量分數(shù)等于鋁元素質(zhì)量分數(shù)；
（3）采用極限法計算固體質(zhì)量范圍；
（4）先判斷鹽酸是否完全反應(yīng)，若鹽酸完全反應(yīng)，根據(jù)氫氣求出消耗的鹽酸，再求出濃度；
（5）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，a組中金屬完全反應(yīng)，根據(jù)金屬的總質(zhì)量和生成氫氣的物質(zhì)的量列方程組，計算；
（6）根據(jù)方程式中轉(zhuǎn)化關(guān)系以及原子守恒計算．

解答： 解：（1）發(fā)生的反應(yīng)為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓、2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，得到的固體是氧化鋁，反應(yīng)前后質(zhì)量不變，說明氧化鋁中的氧元素質(zhì)量分數(shù)等于鎂元素質(zhì)量分數(shù)，則合金中鎂元素的質(zhì)量分數(shù)=

16×3

16×3+27×2

×100%=47.06%，
故答案為：47.06%；
（2）取樣品②m₂ g和足量的鹽酸反應(yīng)，然后滴加過量的氫氧化鈉溶液，將沉淀過濾、洗滌、烘干、灼燒，發(fā)生反應(yīng)為：2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Mg+2HCl=MgCl₂+3H₂↑、AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O、MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂↓+2NaCl、Mg（OH）₂

△   .

MgO+H₂O，得到固體質(zhì)量仍為m₂ g，說明氧化鎂中的氧元素質(zhì)量分數(shù)等于鋁元素質(zhì)量分數(shù)，則合金中鋁元素的質(zhì)量分數(shù)：

16

16+24

×100%=40%，則樣品②合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)為60%；
故答案為：60%；
（3）假設(shè)全部是Mg，設(shè)鎂的質(zhì)量為x，
Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂ ↑
24g          22.4L
x            VL

24g

xg

=

22.4L

VL

x=0.80V；
假設(shè)合金全部是Al，
設(shè)鋁的質(zhì)量是y，
2Al+6H⁺=2Al²⁺+3H₂↑
54g        67.2L
yg          VL

54g

yg

=

67.2L

VL

，
y=1.07V，
因為是兩種金屬的合金，所以0.80V＜m＜1.07V；
故答案為：0.80V＜m＜1.07V；
（4）bc中生成的氣體體積相同，c中金屬的質(zhì)量較大，則c中鹽酸反應(yīng)完全，n（H₂）=0.672/22.4=0.03 mol，
則c（HCl）=

0.03mol×2

0.03L

=2.0 mol?L^-1，
答：該鹽酸的物質(zhì)的量濃度為：2.0 mol?L^-1；
（5）設(shè)合金中Mg、Al的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則有：
24x+27y=0.510g
x+

3

2

y=

0.560L

22.4L/mol

解得：x=y=0.01 mol；
則w（Mg）=

0.01mol×24g?mol-1

0.510g

×100%=47.06%；
答：樣品④中合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)為47.06%；
（6）鹽酸最終轉(zhuǎn)化為NaCl，Al轉(zhuǎn)化為NaAlO₂，則由HCl～NaCl和Al～NaAlO₂可知
n（NaCl）=n（HCl）=2.0 mol?L^-1×0.030 L=0.06 mol；
n（NaAlO₂）=n（Al）=0.01 mol×918/510=0.018 mol；
根據(jù)Na⁺守恒得：n（NaOH）=0.06 mol+0.018 mol=0.078 mol；
故V（NaOH）=0.078 mol/1.0 mol?L^-1=0.078 L=78 mL；
答：c組實驗后還需加入78 mL的氫氧化鈉溶液，才能使剩余合金中的鋁恰好完全溶解．

點評：本題考查了合金的有關(guān)計算，明確物質(zhì)之間的反應(yīng)結(jié)合方程式來分析解答，注意根據(jù)反應(yīng)方程式及結(jié)合原子守恒進行計算，題目難度較大．