Question

【題目】將一定質量的鎂鋁混合物投入200 mL硫酸中，固體全部溶解后，向所得溶液中加入5 mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物質的量n與加入NaOH溶液的體積V的變化如圖所示。

(1)寫出Al與NaOH溶液反應的化學方程式___________________；

(2)鎂和鋁的總質量為________g；

(3)b點溶液中的溶質為__________，硫酸的物質的量濃度為___________ mol/L；

(4)生成的氫氣在標準狀況下的體積為__________L；

(5)c點溶液中通入足量的CO2的反應化學方程式為___________。

Answer 1

【答案】2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 9 Na2SO4 2.5 10.08 NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3

【解析】

由圖象可知，從開始至加入NaOH溶液20 mL，沒有沉淀生成，說明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后有剩余，溶液的溶質為H2SO4、MgSO4、Al2(SO4)3，此時發生的反應為：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O；當V(NaOH溶液)=200 mL時，沉淀量最大，此過程中Mg2+、Al3+與OH-反應生成Mg(OH)2和Al(OH)3，溶液溶質為Na2SO4；從200 mL到240 mL，NaOH溶解固體Al(OH)3，發生反應：OH-+ Al(OH)3=AlO2-+2H2O，據此分析解答。

(1)Al與NaOH溶液反應產生NaAlO2和H2，反應的化學方程式為2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；

(2)根據圖象可知Mg(OH)2和Al(OH)3的物質的量之和為0.35 mol，從200 mL到240 mL，NaOH溶解Al(OH)3，當V(NaOH溶液)=240 mL時，沉淀不再減少，此時全部為Mg(OH)2，物質的量為0.15 mol，Al(OH)3的物質的量為0.35 mol-0.15 mol=0.2 mol，由元素守恒可知n(Al)=n[Al(OH)3]=0.20 mol，n(Mg)=n[Mg(OH)2]=0.15 mol，所以鎂和鋁的總質量為m(Al)+m(Mg)=0.20 mol×27 g/mol+0.15 mol×24 g/mol=9 g；

(3)沉淀量最大時為Mg(OH)2和Al(OH)3，溶液中溶質為Na2SO4，根據鈉元素守恒可知此時n(Na2SO4)等于200 mLNaOH溶液中含有的n(NaOH)的0.5倍，所以n(Na2SO4)=0.5×5 mol/L×0.2 L =0.5 mol，所以H2SO4的物質的量濃度c(H2SO4)==2.5 mol/L；

(4)根據以上分析，n(Al)=0.2 mol，n(Mg)=0.15 mol，由于Al是+3價金屬，Mg是+2價的金屬，所以金屬失去電子的物質的量n(e-)=3n(Al)+2n(Mg)=0.2 mol×3+ 0.15 mol×2=0.9 mol，根據反應過程中得失電子守恒，可知反應產生氫氣的物質的量n(H2)=n(e-)=0.45 mol，則在標準狀況下的體積V(H2)=0.45 mol×22.4 L/mol=10.08 L；

(5)在b點時溶液中溶質為Na2SO4，沉淀量為Mg(OH)2和Al(OH)3，在b→c過程中發生反應：NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O，至c點，該反應恰好反應完全，故c點溶液的溶質為Na2SO4、NaAlO2，由于酸性：H2CO3＞Al(OH)3，所以c點溶液中通入足量的CO2，NaAlO2、CO2、H2O反應產生Al(OH)3和NaHCO3，反應的化學方程式為NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3。