Question

镁铝合金是烟花生产过程中的重要原料，同时也可作为白光剂和照明剂．为了探究镁铝合金中各成分的含量，康康同学将一定质量的镁铝合金投入到850mL、一定物质的量浓度的稀硫酸中，合金全部溶解，然后又滴加5mol/L的NaOH溶液．若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量（m）随加入NaOH溶液的体积（V）的变化如图所示．
（1）请写出V₂→V₃时，发生反应的化学方程式：______，由此计算出合金中铝的物质的量为______．
（2）计算合金中镁的质量．（要有计算过程，下同）
（3）合金在溶于稀硫酸时，释放出的气体体积（标准状况）是多少？
（4）康康同学所用稀硫酸的物质的量浓度是多少？

Answer

（1）由图可知，从开始至加入NaOH溶液V1mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后盐酸有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O．继续滴加NaOH溶液，到氢氧化钠溶液为V2mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，溶液为硫酸钠溶液．再继续滴加NaOH溶液，氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，发生反应Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O；
溶解氢氧化铝沉淀消耗氢氧化钠溶液的体积为200mL-170mL=30mL，根据n=cV计算该阶段消耗氢氧化钠，再根据方程式计算n[Al（OH）3]，根据Al元素守恒有n（Al）=n[Al（OH）3]；
（2）由图可知，从加入40m氢氧化钠溶液开始产生沉淀，加入氢氧化钠溶液为170mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，该阶段消耗氢氧化钠130mL，由氢氧根守恒可知3n[Al（OH）3]+2n[Mg（OH）2]=n（NaOH）=（0.17L-0.04L）×5mol/L=0.65mol．根据（1）中可知n[Al（OH）3]，代入上式计算n[Mg（OH）2]，由元素守恒可知n（Mg）=n[Mg（OH）2]，再利用m=nM计算Mg的质量；
（3）根据电子转移守恒计算生成氢气的物质的量，再根据V=nVm计算氢气的体积；
（4）加入氢氧化钠溶液为170mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，溶液为硫酸钠溶液，根据钠元素守恒此时溶液中2n（Na2SO4）=n（NaOH），据此计算出n（Na2SO4），根据硫酸根守恒n（H2SO4）=n（Na2SO4），再利用c=计算硫酸的物质的量浓度．
【解析】
（1）由图可知，从开始至加入NaOH溶液40mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后盐酸有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O．继续滴加NaOH溶液，到氢氧化钠溶液为170mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，溶液为硫酸钠溶液．再继续滴加NaOH溶液，氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，发生反应Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O，
溶解氢氧化铝沉淀消耗氢氧化钠溶液的体积为200mL-170mL=30mL，该阶段发生反应Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O，所以n[Al（OH）3]=0.03L×5mol/L=0.15mol，根据Al元素守恒有n（Al）=n[Al（OH）3]=0.15mol；
故答案为：Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O；0.15mol；
（2）由图可知，从加入40m氢氧化钠溶液L开始产生沉淀，加入氢氧化钠溶液为170mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，该阶段消耗氢氧化钠130mL，由氢氧根守恒可知3n[Al（OH）3]+2n[Mg（OH）2]=n（NaOH）=（0.17L-0.04L）×5mol/L=0.65mol．由（1）知n[Al（OH）3]=0.15mol，故3×0.15mol+2n[Mg（OH）2]=0.65mol，解得n[Mg（OH）2]=0.1mol，由元素守恒可知n（Mg）=n[Mg（OH）2]=0.1mol，所以Mg的质量为0.1mol×24g/mol=2.4g，
答：合金中镁的质量为2.4g．
（3）由（1）、（2）可知，n（Al）=0.15mol，n（Mg）=0.1mol，根据电子转移守恒可知，生成氢气的物质的量==0.325mol，故氢气的体积为0.325mol×22.4L/mol=7.28L，
答：生成氢气的体积为7.28L．
（4）加入氢氧化钠溶液为170mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，溶液为硫酸钠溶液，根据钠元素守恒此时溶液中2n（Na2SO4）=n（NaOH）=0.17L×5mol/L=0.85mol，故n（Na2SO4）=0.425mol，故n（H2SO4）=n（Na2SO4）=0.425mol，故该硫酸的物质的量浓度==0.5mol/L，
答：该硫酸的浓度为0.5mol/L．