Question

【題目】有三種鎂鋁合金樣品（組分比例不一定相同）①、②、③。小奉、小賢、小紅三同學各取一種樣品，對合金中鎂的質量分數進行下列實驗探究：

(1)小奉取樣品①m1 g和過量的氫氧化鈉溶液反應，然后過濾；再往濾液中通入過量的二氧化碳氣體，將所得沉淀過濾、洗滌、烘干、灼燒，得到固體質量仍為m1 g。則合金中鎂的質量分數為___________。（保留小數點后面2位）

(2)小賢取樣品②m2 g和足量的稀硫酸反應，發(fā)現固體完全溶解，標準狀況下得到氣體體積為VL，則m2的取值范圍是_________。（結果轉化為最簡分數）

(3)小紅取不同質量的樣品③分別和30 mL同濃度的鹽酸反應，所取合金質量與產生氣體的體積（標準狀況下測定）如下所示：

實驗序號	a	b	c
合金質量(g)	0.51	0.765	0.918
氣體體積(mL)	560	672	672

求：I.鹽酸的物質的量濃度_______

II.合金中鎂的質量分數_______

III.要使c組實驗后剩余合金中的鋁恰好完全溶解，還需向容器中加入1.0 mol/L的氫氧化鈉溶液多少mL_______？

Answer 1

【答案】47.06% 0.80V<m2<1.07V 2.0 mol/L 47.06% 78 mL

【解析】

(1)發(fā)生的反應為：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、NaAlO2+CO2+2H2O=NaHCO3+Al(OH)3↓、2Al(OH)3Al2O3+3H2O，得到的固體是Al2O3，反應前后質量不變，說明氧化鋁中的氧元素質量分數等于鎂元素質量分數；

(2)采用極限法計算固體質量范圍；

(3)Ⅰ.先判斷鹽酸是否完全反應，若鹽酸完全反應，根據氫氣求出消耗的鹽酸，再求出濃度；

Ⅱ.根據表中數據可知，a組中金屬完全反應，根據金屬的總質量和生成氫氣的物質的量列方程組，計算；

Ⅲ.根據方程式中轉化關系以及原子守恒計算。

(1)發(fā)生的反應為：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、NaAlO2+CO2+2H2O= NaHCO3+Al(OH)3↓、2Al(OH)3Al2O3+3H2O，得到的固體是氧化鋁，原固體為Mg、Al，反應后固體為Al2O3，反應前后固體質量不變，Mg的質量與Al2O3中O元素質量相等，則鎂元素質量分數等于氧化鋁中的氧元素質量分數，故合金中鎂元素的質量分數=×100%=47.06%；

(2)假設全部是Mg，設鎂的質量為x，Mg+2H+=Mg2++H2 ↑根據方程式可知24 gMg完全反應產生1 mol H2，其在標準狀況下的體積為22.4 L，則x g Mg反應放出H2的體積為V，則=，解得x=1.07V；

假設合金全部是Al，設鋁的質量是y，根據反應方程式2Al+6H+=2Al3++3H2↑可知：54 gAl完全反應產生3 mol H2，在標準狀況下體積為67.2 L，y g Al反應產生H2的體積是V L，則，解得y=0.80V；

因為是兩種金屬的合金，所以金屬的質量介于0.80V與1.07V之間，即0.80V<m<1.07V；

(3)Ⅰ.b、c中生成的氣體體積相同，c中金屬的質量較大，則c中鹽酸反應完全，n(H2)==0.03 mol，則n(HCl)=2n(H2)=0.06 mol，所以c(HCl)==2 mol/L；

Ⅱ.a組合金完全反應，假設合金中Mg、Al的物質的量分別為x mol、y mol，則有：

24x+27y=0.510g，根據電子得失數目相等可知2x+3y=×2，解得x=0.01，y=0.01，則Mg的質量分數w(Mg)=×100%=47.06%；

Ⅲ.鹽酸最終轉化為NaCl，Al轉化為NaAlO2，則由HCl～NaCl和Al～NaAlO2可知：

n(NaCl)=n(HCl)=2.0 mol/L×0.030 L=0.06 mol；

n(NaAlO2)=n(Al)=0.01 mol×=0.018 mol；

根據Na+守恒得：n(NaOH)= n(NaCl)+ n(NaAlO2)=0.06 mol+0.018 mol=0.078 mol

故V(NaOH)==0.078 L=78 mL。