Question

15．將一定質(zhì)量的鎂和鋁混合物投入200mL 硫酸中，固體全部溶解后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量n與加入NaOH溶液的體積V的變化如圖所示．則下列說(shuō)法不正確的是（　　）

• A． 鎂和鋁的總質(zhì)量為9g
• B． 最初20 mLNaOH溶液用于中和過(guò)量的硫酸
• C． 硫酸的物質(zhì)的量濃度為2.5mol/L
• D． 鎂和鋁混合物投入硫酸中生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L

Answer 1

分析 由圖象可知，從開(kāi)始至加入NaOH溶液20mL，沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．當(dāng)V（NaOH溶液）=200mL時(shí)，沉淀量最大，此時(shí)為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，二者物質(zhì)的量之和為0.35mol，溶液中溶質(zhì)為Na₂SO₄，根據(jù)鈉元素守恒可知此時(shí)n（Na₂SO₄）等于200mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍．從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，當(dāng)V（NaOH溶液）=240mL時(shí)，沉淀不再減少，此時(shí)全部為Mg（OH）₂，物質(zhì)的量為0.15mol，所以沉淀量最大，Mg（OH）₂為0.15mol，Al（OH）₃為0.35mol-0.15mol=0.2mol，由于從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，所以該階段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，氫氧化鈉的濃度為：$\frac{0.2mol}{0.24L-0.20L}$=5mol/L，
A．由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，
B．由圖象可知，從開(kāi)始至加入NaOH溶液20mL，沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；
C．沉淀量最大，此時(shí)為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液中溶質(zhì)為Na₂SO₄，根據(jù)鈉元素守恒可知此時(shí)n（Na₂SO₄）等于200mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的$\frac{1}{2}$，據(jù)此計(jì)算；
D．由A中可知n（Al）=0.2mol，n（Mg）=0.15mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg），據(jù)此計(jì)算n（H₂），再根據(jù)V=nVm計(jì)算氫氣體積．

解答 解：由圖象可知，從開(kāi)始至加入NaOH溶液20mL，沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O．當(dāng)V（NaOH溶液）=200mL時(shí)，沉淀量最大，此時(shí)為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，二者物質(zhì)的量之和為0.35mol，溶液中溶質(zhì)為Na₂SO₄，根據(jù)鈉元素守恒可知此時(shí)n（Na₂SO₄）等于200mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的$\frac{1}{2}$；從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，當(dāng)V（NaOH溶液）=240mL時(shí)，沉淀不再減少，此時(shí)全部為Mg（OH）₂，物質(zhì)的量為0.15mol，所以沉淀量最大，Mg（OH）₂為0.15mol，Al（OH）₃為0.35mol-0.15mol=0.2mol，由于從200mL到240mL，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，所以該階段消耗n（NaOH）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，氫氧化鈉的濃度為$\frac{0.2mol}{0.24L-0.20L}$=5mol/L，
A．由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）₃]=0.2mol，n（Mg）=n[Mg（OH）₂]=0.15mol，所以鎂和鋁的總質(zhì)量為0.2mol×27g/mol+0.15mol×24g/mol=9g，故A正確；
B．由圖象可知，從開(kāi)始至加入NaOH溶液20mL，沒(méi)有沉淀生成，說(shuō)明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O，故B正確；
C．沉淀量最大，此時(shí)為Mg（OH）₂和Al（OH）₃，溶液中溶質(zhì)為Na₂SO₄，根據(jù)鈉元素守恒可知此時(shí)n（Na₂SO₄）等于200mL氫氧化鈉溶液中含有的n（NaOH）的0.5倍，所以n（Na₂SO₄）=0.5×0.2L×5mol/L=0.5mol，所以硫酸的濃度為：$\frac{0.5mol}{0.2L}$=2.5mol/L，故C正確；
D．由A中可知n（Al）=0.2mol，n（Mg）=0.15mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知2n（H₂）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.2mol+2×0.15mol=0.9mol，所以n（H₂）=0.45mol，故氫氣體積為0.45mol×22.4mol/L=10.08L，故D錯(cuò)誤；
故選D．

點(diǎn)評(píng) 本題以圖象題的形式考查混合物反應(yīng)的計(jì)算及鎂鋁的重要化合物性質(zhì)，題目難度中等，注意分析圖象各階段的物質(zhì)的量的關(guān)系，利用各階段的化學(xué)反應(yīng)利用守恒關(guān)系進(jìn)行計(jì)算．