Question

11．將鎂和鋁的混合物0.1mol溶于100ml 2mol/L的H₂SO₄溶液中，然后滴加1mol/L的NaOH溶液，在滴加NaOH溶液的過程中，沉淀質量m隨加入NaOH溶液的體積V變化如圖所示，請回答：
（1）寫出鋁與氫氧化鈉溶液反應的離子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
（2）當V₁=160mL時，則金屬粉末中n（Mg）=0.06mol，V₂=440mL．
（3）若在滴加NaOH溶液的過程中，欲使Mg²⁺、Al³⁺剛好沉淀完全，則滴入NaOH溶液的體積應為400mL．
（4）若混合物仍為0.1mol，其中Mg的物質的量分數為a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解此混合物后，再加入450mL1mol•L^-1NaOH溶液，所得沉淀中無Al（OH）₃．滿足此條件的a的取值范圍是0.5≤a＜1．

Answer 1

分析 （1）Al、NaOH、水反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，Al、水、氫氣在離子反應中保留化學式，以此來解答；
（2）根據圖象可知，在滴加NaOH溶液到體積V₁=160mL過程中，沒有沉淀生成，說明硫酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余硫酸，V₁=160mL時，剩余的H₂SO₄與滴加的NaOH恰好完全反應，溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，根據Mg原子、Al原子、SO₄^2-離子、Na⁺離子守恒，列方程求算n（Mg）；當滴加NaOH溶液到體積V₂時，Al（OH）₃完全溶解，沉淀是Mg（OH）₂，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液．根據SO₄^2-離子、Na⁺離子和Al原子守恒，求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{c}$計算；
（3）當溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，即沉淀達到最大值，此時，溶液是Na₂SO₄溶液，根據SO₄^2-離子和Na⁺離子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{c}$計算；
（4）若混合物仍為0.1mol，其中鎂的物質的量分數為a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得溶液無Al（OH）₃沉淀，證明生成的氫氧化鋁全部和氫氧化鈉反應，由上述分析知：v₁=400ml，再加入50mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，求得：Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，則0.5≤n（Mg）＜1．

解答 解：（1）金屬鋁與氫氧化鈉溶液反應為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）當V₁=160mL時，此時，溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，
由Na⁺離子守恒可知，n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（Na⁺）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.16L×1mol/L=0.08mol
令MgSO₄為xmol，Al₂（SO₄）₃為ymol，則：
根據Mg原子、Al原子守恒有：x+2y=0.1
根據SO₄^2-離子守恒有：x+3y=0.2-0.08
聯立方程，解得：x=0.06；y=0.02
所以金屬粉末中n（Mg）=0.06mol，n（Al）=2y=2×0.02mol=0.04mol
滴加NaOH溶液到體積V₂時時，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液，根據SO₄^2-離子、Na⁺離子和Al原子守恒有：
n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al）=2×0.1L×2mol/L×+0.04mol=0.44mol，
所以，V₂=$\frac{0.44mol}{1mol/L}$=0.44L=440ml
故答案為：0.06；440；
（3）當溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，此時，溶液是Na₂SO₄溶液，根據SO₄^2-離子和Na⁺離子守恒有：n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）=2×0.1L×2mol/L=0.4mol，所以，V（NaOH）=$\frac{0.4mol}{1mol/L}$=0.4L=400ml
故答案為：400；
（4）若混合物仍為0.1mol，其中鎂的物質的量分數為a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得溶液無Al（OH）₃沉淀，證明生成的氫氧化鋁全部和氫氧化鈉反應，由上述分析知：v₁=400ml，再加入50mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，Al（OH）₃ +NaOH=NaAlO₂+2H₂O，Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，則0.5≤n（Mg）＜1，
故答案為：0.5≤a＜1．

點評 對于圖象分析題的解題規(guī)律：要明確每一段圖象發(fā)生的化學反應、知道拐點代表的含義及溶液中溶質的成分，結合方程式對有關問題進行分析．注意守恒思想的運用，使計算簡化．