Question

20．（1）把一定質量的鎂、鋁混合物投入到 2mol•L^-1 的鹽酸中，待金屬完全溶解后，向溶液中加入 2mol•L^-1 的氫氧化鈉溶液，生成沉淀的質量與加入氫氧化鈉溶液的體積關系如圖所示．則：
①金屬鋁的質量為0.54g
②原溶液中鹽酸的體積為80mL
③a 的取值范圍是0≤a＜50
④n$\frac{n（Al）}{n（Mg）}$的最小值是0.4
（2）現將含有銅的印刷線路板浸入 120mL FeCl₃ 的溶液中，當腐蝕 9.6g 銅時，取出印刷線路板，向溶液中加入 8.4g 鐵粉，充分反應后溶液中還存在 4.8g 不溶物，則：
①溶液中主要存在的離子：Cu²⁺，Fe²⁺，Cl^-
②離子濃度各是多少（設溶液體積不變）0.625mol/L；5mol/L；11.25mol/L；．

Answer 1

分析 （1）0～a段沒有生成沉淀，說明鹽酸過量，加入的氫氧化鈉與氯化氫反應；a～80段開始生成沉淀，加入80mL氫氧化鈉溶液后沉淀達到最大量，此時溶液中的溶質為NaCl；80～90段氫氧化鋁開始溶解，溶解氫氧化鋁消耗了10mLNaOH，則氫氧化鋁沉淀的物質的量為：2mol/L×0.01L=0.02mol；當加入90mLNaOH溶液后氫氧化鋁完全溶解，此時沉淀只有氫氧化鎂，
①根據氫氧化鈉的體積在80至90mL段內，所有的氫氧化鈉用于溶解氫氧化鋁，根據氫氧化鈉的量確定氫氧化鋁的量，根據原子守恒確定金屬鋁的量；
②加入80mL氫氧化鈉溶液時，溶質為NaCl，根據質量守恒可以計算出氯化氫的物質的量，再根據V=$\frac{n}{c}$計算出鹽酸的體積；
③合金的組成可以采用極限假設法，當金屬全部是金屬鋁時剩余的酸最多，a的值最大來判斷a得取值范圍；
④根據圖象中消耗的氫氧化鈉的量確定合金中金屬鎂的最大量，進而確定該合金中兩元素物質的量之比的最小值；
（2）①根據反應：Cu+2FeCl₃═CuCl₂+2FeCl₂、Fe+CuCl₂=FeCl₂+Cu判斷溶液中剩余的金屬離子；
②反應順序是Fe先和過量的Fe³⁺反應，再置換部分Cu²⁺，利用物質的量守恒、電荷守恒以及電子得失守恒計算即可；

解答 解：（1）0～a段沒有生成沉淀，說明鹽酸過量，加入的氫氧化鈉與氯化氫反應；a～80段開始生成沉淀，加入80mL氫氧化鈉溶液后沉淀達到最大量，此時溶液中的溶質為NaCl；80～90段氫氧化鋁開始溶解，溶解氫氧化鋁消耗了10mLNaOH，則氫氧化鋁沉淀的物質的量為：2mol/L×0.01L=0.02mol；當加入90mLNaOH溶液后氫氧化鋁完全溶解，此時沉淀只有氫氧化鎂，
①從橫坐標80mL到90mL這段可以得出：n（Al（OH）₃）=0.02mol，則n（Al）=n（Al（OH）₃）=0.02mol，原混合物中鋁的質量為：27g/mol×0.02mol=0.54g，
故答案為：0.54；
②加入80mL氫氧化鈉溶液時，溶質為NaCl，則：n（HCl）=n（NaOH）=2mol/L×0.08L=0.16mol，
鹽酸的體積為：$\frac{0.16mol}{2mol/L}$=0.08L=80mL，
故答案為：80；
③假設鹽酸溶解金屬后沒有剩余，此時酸恰好與合金反應完全，即a=0，通過極值法，當合金中完全是鋁時，因為沉淀Al³⁺需要消耗NaOH溶液的體積為30mL，從圖可知，中和過量的酸所消耗的堿液體積最大為50mL，但是假設不成立，最大值是不存在的，所以的取值范圍為 0≤a＜50，
故答案為：0≤a＜50；
④n（Al）=n（Al（OH）₃）=2mol•L^-1×0.01L=0.02mol，所以沉淀Al³⁺需要消耗的OH^-為0.06mol，即NaOH溶液的體積為30mL，鎂離子和鋁離子沉淀完全消耗的堿的體積為（80-a）mL，若假設鹽酸沒有剩余，所以沉淀Mg²⁺需要NaOH溶液的體積最大值為：80mL-30mL=50mL，
n （Mg）的最大值為：$\frac{2mol/L×0.05L}{2}$=0.05mol，所以該合金中鋁、鎂兩元素物質的量之比的最小值為：0.02mol：0.05mol=0.4，
故答案為：0.4；
（2）①加入Fe粉前，溶液中有Cu²⁺，Fe²⁺，Cl^-，可能還有Fe³⁺，8.4gFe為0.15mol，9.6gCu為0.15mol，根據Fe+CuCl₂=FeCl₂+Cu可知，若無Fe³⁺，那么Fe恰好把9.6gCu全部置換，現在只有4.8g不溶物，不溶物為Cu，反應順序是Fe先和過量的Fe³⁺反應，再置換部分Cu²⁺，溶液中主要存在的離子：Cu²⁺，Fe²⁺，Cl^-；
故答案為：Cu²⁺；Fe；Cu；
②反應順序是Fe先和過量的Fe³⁺反應，再置換部分Cu²⁺，不溶物為Cu，所以存在Cl^-，Fe²⁺，Cu²⁺；溶液中剩余的Cu元素為9.6g-4.8g=4.8g，物質的量為$\frac{4.8g}{64g/mol}$=0.075mol，c（Cu²⁺）=$\frac{0.075mol}{0.12L}$=0.625mol/L，綜合來看，溶液中是4.8gCu和8.4gFe恰好完全還原了Fe³⁺，Cu失電子為0.15mol，Fe失電子0.3mol，合計0.45mol，所以原有Fe³⁺為0.45mol，最后所有的Fe元素都變成Fe²⁺，故c（Fe²⁺）=$\frac{（0.15+0.45）mol}{0.12L}$=5.0mol/L；由溶液中電荷守恒：c（Cu²⁺）×2+c（Fe²⁺）×2=c（Cl^-），所以c（Cl^-）=0.625mol/L×2+5.0mol/L×2=11.25mol/L；
故答案為：0.625mol/L；5mol/L；11.25mol/L．

點評 本題考查離子方程式的計算、鎂、鋁的化學性質、銅以及鐵之間的轉化關系等知識，題目難度中等，明確發(fā)生的化學反應及反應與圖象的對應關系是解答本題的關鍵，注意守恒在化學計算中的應用方法．