Question

【题目】有三种镁铝合金样品（组分比例不一定相同）①、②、③。小奉、小贤、小红三同学各取一种样品，对合金中镁的质量分数进行下列实验探究：

(1)小奉取样品①m1 g和过量的氢氧化钠溶液反应，然后过滤；再往滤液中通入过量的二氧化碳气体，将所得沉淀过滤、洗涤、烘干、灼烧，得到固体质量仍为m1 g。则合金中镁的质量分数为___________。（保留小数点后面2位）

(2)小贤取样品②m2 g和足量的稀硫酸反应，发现固体完全溶解，标准状况下得到气体体积为VL，则m2的取值范围是_________。（结果转化为最简分数）

(3)小红取不同质量的样品③分别和30 mL同浓度的盐酸反应，所取合金质量与产生气体的体积（标准状况下测定）如下所示：

实验序号	a	b	c
合金质量(g)	0.51	0.765	0.918
气体体积(mL)	560	672	672

求：I.盐酸的物质的量浓度_______

II.合金中镁的质量分数_______

III.要使c组实验后剩余合金中的铝恰好完全溶解，还需向容器中加入1.0 mol/L的氢氧化钠溶液多少mL_______？

Answer 1

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

【解析】

(1)发生的反应为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、NaAlO2+CO2+2H2O=NaHCO3+Al(OH)3↓、2Al(OH)3Al2O3+3H2O，得到的固体是Al2O3，反应前后质量不变，说明氧化铝中的氧元素质量分数等于镁元素质量分数；

(2)采用极限法计算固体质量范围；

(3)Ⅰ.先判断盐酸是否完全反应，若盐酸完全反应，根据氢气求出消耗的盐酸，再求出浓度；

Ⅱ.根据表中数据可知，a组中金属完全反应，根据金属的总质量和生成氢气的物质的量列方程组，计算；

Ⅲ.根据方程式中转化关系以及原子守恒计算。

(1)发生的反应为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、NaAlO2+CO2+2H2O= NaHCO3+Al(OH)3↓、2Al(OH)3Al2O3+3H2O，得到的固体是氧化铝，原固体为Mg、Al，反应后固体为Al2O3，反应前后固体质量不变，Mg的质量与Al2O3中O元素质量相等，则镁元素质量分数等于氧化铝中的氧元素质量分数，故合金中镁元素的质量分数=×100%=47.06%；

(2)假设全部是Mg，设镁的质量为x，Mg+2H+=Mg2++H2 ↑根据方程式可知24 gMg完全反应产生1 mol H2，其在标准状况下的体积为22.4 L，则x g Mg反应放出H2的体积为V，则=，解得x=1.07V；

假设合金全部是Al，设铝的质量是y，根据反应方程式2Al+6H+=2Al3++3H2↑可知：54 gAl完全反应产生3 mol H2，在标准状况下体积为67.2 L，y g Al反应产生H2的体积是V L，则，解得y=0.80V；

因为是两种金属的合金，所以金属的质量介于0.80V与1.07V之间，即0.80V<m<1.07V；

(3)Ⅰ.b、c中生成的气体体积相同，c中金属的质量较大，则c中盐酸反应完全，n(H2)==0.03 mol，则n(HCl)=2n(H2)=0.06 mol，所以c(HCl)==2 mol/L；

Ⅱ.a组合金完全反应，假设合金中Mg、Al的物质的量分别为x mol、y mol，则有：

24x+27y=0.510g，根据电子得失数目相等可知2x+3y=×2，解得x=0.01，y=0.01，则Mg的质量分数w(Mg)=×100%=47.06%；

Ⅲ.盐酸最终转化为NaCl，Al转化为NaAlO2，则由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；

根据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。