Question

将0.1 mol的镁、铝混合物溶于100 mL 2 mol·L^-1的H₂SO₄溶液中，然后再滴加1 mol·L^-1的NaOH溶液。请回答：

（1）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变化的关系如右图所示。

当V₁＝140 mL时，则金属粉末中：n(Mg) ＝________ mol，V₂＝______ ml。

（2）若在滴加NaOH溶液过程中，欲使Mg^2＋、Al^3＋刚好沉淀完全，则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH)＝____________mL。

（3）若混合物仍为0.1 mol，其中Mg粉的物质的量分数为a ，用100 mL 2 mol·L^－1 的H₂SO₄    ，再加入480 mL 1 mol·L^－1 的NaOH溶液，所得沉淀中无Al(OH)₃。满足此条件的a的取值范围是_________。

Answer

（1）0.04 460 400 1＞a≥0.2

【解析】

试题分析：（1）当V1 =140mL时，此时，溶液是MgSO4 、Al2(SO4 )3 和Na2SO4 混合液，由Na+ 离子守恒可知，n(Na2SO4)=1/2n(NaOH)=1/2×0.14L×1mol/L=0.07mol.。假设MgSO4 物质的量为xmol，Al2(SO4)3的物质的量为ymol，则：根据Mg原子、Al原子守恒有：x+2y=0.1mol；根据SO4 2- 离子守恒有：x+3y= 0.2-0.07=0.13mol，将两个放出联立求解，可得x=0.04mol；y=0.03mol，所以金属粉末中n(Mg)=0.04mol，n(Al)=2y=2×0.03mol=0.06mol；在加入NaOH溶液至V2时，溶液为NaAlO2和Na2SO4溶液，n(Al)=0.06mol，则n(NaAlO2)=0.06mol，根据Na元素守恒可得n(NaOH)=2 n(Na2SO4)+ n(NaAlO2) =2n(H2SO4) + n(Al)= 2×0.1L×2mol/L=0.4mol+0.06mol=0.46mol，所以V2=0.46mol÷1mol/L= 0.46L= 460mL；（2）当溶液中Mg2+ 、Al3+ 恰好沉淀完全时，此时，溶液是Na2SO4溶液，根据SO42-离子和Na+ 离子守恒有：n(Na+)=2 n(Na2SO4)= 2n(H2SO4)=2×0.1L×2mol/L=0.4mol，所以V(NaOH)= 0.4mol÷1mol/L=0.4L=400mL，（3）若混合物仍为0.1mol，其中镁的物质的量分数为a，用100mL2mol/L硫酸溶解后，再加入480mL 1mol/L氢氧化钠溶液，所得沉淀无Al(OH)3 沉淀，证明生成的氢氧化铝全部和氢氧化钠反应，氢氧化铝溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，由上述分析知：V1 =400ml，再加入80mL 1mol/L氢氧化钠溶液，所得Al(OH)3沉淀完全溶于氢氧化钠生成偏铝酸钠，根据方程式：Al(OH)3+ OH-= AlO2-+2H2O可知Al(OH)3最大值是n[Al(OH)3]=1mol/L×0.08L=0.08mol,即0＜n(Al)≤0.08mol，n(Mg)+n(Al)=0.1mol，则0.2≤n(Mg)＜1。

【考点定位】考查镁、铝混合物的单质、混合物的性质及有关计算的知识。

【名师点睛】镁、铝是非常活泼的金属元素，它们都可以与酸发生置换反应产生盐和氢气，若二者与酸恰好反应，则向反应后的溶液中加入NaOH溶液，应该立刻有沉淀产生，向反应后的溶液中加入NaOH溶液，无沉淀产生，说明硫酸过量，镁、铝与硫酸反应后的溶液为MgSO4 、Al2(SO4 )3 和Na2SO4 混合液。向反应后的溶液中加入NaOH溶液，首先发生酸、碱中和反应，然后发生沉淀反应，当沉淀达到最大值时溶液为溶液Na2SO4。由于Al(OH)3是两性氢氧化物，可以与过量NaOH发生反应，当沉淀不再溶解时，溶液为NaAlO2、Na2SO4 混合液，只要掌握Mg、Al元素的单质及化合物的性质，掌握各个拐点的物质的成分，利用Na、S、Mg元素守恒进行分析，问题就不难解决。