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(xué)各取一種樣品，對(duì)合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)探究：

(1)小奉取樣品①m1 g和過量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)，然后過濾；再往濾液中通入過量的二氧化碳?xì)怏w，將所得沉淀過濾、洗滌、烘干、灼燒，得到固體質(zhì)量仍為m1 g。則合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為___________。（保留小數(shù)點(diǎn)后面2位）

(2)小賢取樣品②m2 g和足量的稀硫酸反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)固體完全溶解，標(biāo)準(zhǔn)狀況下得到氣體體積為VL，則m2的取值范圍是_________。（結(jié)果轉(zhuǎn)化為最簡分?jǐn)?shù)）

(3)小紅取不同質(zhì)量的樣品③分別和30 mL同濃度的鹽酸反應(yīng)，所取合金質(zhì)量與產(chǎn)生氣體的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定）如下所示：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	a	b	c
合金質(zhì)量(g)	0.51	0.765	0.918
氣體體積(mL)	560	672	672

求：I.鹽酸的物質(zhì)的量濃度_______

II.合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)_______

III.要使c組實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)前后質(zhì)量不變，說明氧化鋁中的氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于鎂元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

(2)采用極限法計(jì)算固體質(zhì)量范圍；

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

Ⅱ.根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，a組中金屬完全反應(yīng)，根據(jù)金屬的總質(zhì)量和生成氫氣的物質(zhì)的量列方程組，計(jì)算；

Ⅲ.根據(jù)方程式中轉(zhuǎn)化關(guān)系以及原子守恒計(jì)算。

(1)發(fā)生的反應(yīng)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(yīng)后固體為Al2O3，反應(yīng)前后固體質(zhì)量不變，Mg的質(zhì)量與Al2O3中O元素質(zhì)量相等，則鎂元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于氧化鋁中的氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，故合金中鎂元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%=47.06%；

(2)假設(shè)全部是Mg，設(shè)鎂的質(zhì)量為x，Mg+2H+=Mg2++H2 ↑根據(jù)方程式可知24 gMg完全反應(yīng)產(chǎn)生1 mol H2，其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為22.4 L，則x g Mg反應(yīng)放出H2的體積為V，則=，解得x=1.07V；

假設(shè)合金全部是Al，設(shè)鋁的質(zhì)量是y，根據(jù)反應(yīng)方程式2Al+6H+=2Al3++3H2↑可知：54 gAl完全反應(yīng)產(chǎn)生3 mol H2，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為67.2 L，y g Al反應(yīng)產(chǎn)生H2的體積是V L，則，解得y=0.80V；

因?yàn)槭莾煞N金屬的合金，所以金屬的質(zhì)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(zhì)量較大，則c中鹽酸反應(yīng)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(yīng)，假設(shè)合金中Mg、Al的物質(zhì)的量分別為x mol、y mol，則有：

24x+27y=0.510g，根據(jù)電子得失數(shù)目相等可知2x+3y=×2，解得x=0.01，y=0.01，則Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Mg)=×100%=47.06%；

Ⅲ.鹽酸最終轉(zhuǎn)化為NaCl，Al轉(zhuǎn)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(jù)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。