Question

20．將0.1mol的鎂、鋁混合物溶于100mL、2mol•L^-1的H₂SO₄溶液中，然后再滴加1mol•L^-1的NaOH溶液．請回答：
（1）若在滴加NaOH溶液的過程中沉淀質(zhì)量m隨加入NaOH溶液的體積V變化如上圖所示．當(dāng)V₁=160mL時，則金屬粉末中n（Mg）=0.06mol，V₂=440 mL．
（2）若在滴加NaOH溶液過程中，欲使Mg²⁺、Al³⁺剛好沉淀完全，則滴入NaOH溶液的體積V（NaOH）=400 mL．
（3）若混合物仍為0.1mol，其中Mg粉的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a，用100mL、2mol•L^-1的H₂SO₄溶解此混合物后，再加入450mL、1mol•L^-1的NaOH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）根據(jù)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(yīng)，溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，令MgSO₄為xmol，Al₂（SO₄）₃為ymol，根據(jù)守恒列方程求算n（Mg）；
當(dāng)?shù)渭覰aOH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(jù)守恒有：n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al），據(jù)此求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{c}$計算；
（2）當(dāng)溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，即沉淀達(dá)到最大值，此時，溶液是Na₂SO₄溶液，根據(jù)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；
（3）反應(yīng)后的混合溶液，再加入450mL 1mol/L的NaOH溶液，所得沉淀中無Al（OH）₃，溶質(zhì)為硫酸鈉、偏鋁酸鈉，由于為金屬混合物，則a＜1，根據(jù)鈉離子守恒，應(yīng)滿足n（NaOH）≥2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂），根據(jù)鋁元素守恒用x表示出n（NaAlO₂），據(jù)此確定a的取值范圍．．

解答 解：（1）100mL 2mol•L^-1的H₂SO₄溶液中硫酸的物質(zhì)的量為0.1L×2mol/L=0.2mol，
當(dāng)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(jù)Mg原子、Al原子守恒有：x+2y=0.1
根據(jù)SO₄^2-離子守恒有：x+3y=0.2-0.08
聯(lián)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，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液，根據(jù)SO₄^2-離子、Na⁺離子和Al原子守恒有：
n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al）=2×0.2mol×+0.04mol=0.44mol，所以，V₂=$\frac{0.44mol}{1mol/L}$=0.44L=440mL，
故答案為：0.06；440；
（2）當(dāng)溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，此時溶液是Na₂SO₄溶液，根據(jù)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；
（3）由于為金屬混合物，則a＜1，Al的物質(zhì)的量為0.1（1-a）mol，反應(yīng)后的混合溶液，再加入450mL 1mol/L的NaOH溶液，所得沉淀中無Al（OH）₃，溶質(zhì)為硫酸鈉、偏鋁酸鈉，根據(jù)鋁元素守恒可知n（NaAlO₂）=0.1（1-a）mol，根據(jù)鈉離子守恒，應(yīng)滿足n（NaOH）≥2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂），即0.45×1≥2×0.1×2+0.1（1-a），解得a≥0.5，故0.5≤a＜1，
故答案為：0.5≤a＜1．

點評 本題以圖象形式考查混合物計算，難度較大，清楚每一段圖象發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、知道拐點代表的含義及溶液中溶質(zhì)的成分，結(jié)合方程式對有關(guān)問題進(jìn)行分析，注意守恒思想的運用使計算簡化．