Question

3．某课外兴趣小组为了探究碱性溶液中Mg²⁺、AlO^-与溶液pH的关系，进行下列实验：向含有0.1mol HCl、0.1mol MgCl₂、1.0mol AlCl₃的混合溶液中逐渐加入NaOH溶液，均至反应后溶液体积1L．测得部分实验数据如下表：

pH	9	10	11
c（Mg2+）/mol•L-1	10-1	10-3	10-5
c（AlO2-）/mol•L-1	10-2	10-1	1

试回答：
（1）向混合溶液中加入NaOH溶液至pH=9，能否有Mg（OH）₂沉淀出现否（填“能”或“否”），由此你得到的初步结论是Mg²⁺在弱碱性溶液中不能生成沉淀或Mg（OH）₂存在溶解平衡．
（2）向混合溶液中加入NaOH溶液至pH=10，需要NaOH溶液中有多少克NaOH？（最后结果保留两位小数）

Answer 1

分析 （1）当溶液的pH=9时，溶液中镁离子的浓度为0.1mol/L；
（2）pH=10时，溶液中c（Mg²⁺）=10^-3mol/L，c（AlO₂^-）=0.1 mol/L．
故消耗NaOH溶液分为四个阶段：H⁺+OH^-=H₂O、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O、Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
根据溶液中的Mg²⁺的剩余量和AlO₂^-的生成量来计算需要的NaOH的物质的量和质量．

解答 解：（1）向含有0.1mol HCl、0.1mol MgCl₂、1.0mol AlCl₃的混合溶液中逐渐加入NaOH溶液，均至反应后溶液体积1L．此时溶液中的镁离子的浓度为0.1mol/L．而当溶液的pH=9时，溶液中镁离子的浓度为0.1mol/L，浓度没有减少，故无氢氧化镁沉淀生成，
故答案为：否；Mg²⁺在弱碱性溶液中不能生成沉淀或Mg（OH）₂存在溶解平衡；
（2）pH=10时，溶液中c（Mg²⁺）=10^-3mol/L，c（AlO₂^-）=0.1 mol/L，氢离子几乎被完全反应．
向混合溶液中加入NaOH溶液反应过程分为三个阶段：设氢离子消耗的NaOH 的物质的量为xmol，镁离子消耗的氢氧化钠为ymol，铝离子转化为氢氧化铝沉淀消耗的氢氧化钠为zmol，氢氧化铝溶解消耗的氢氧化钠为Qmol，则有：
  H⁺+OH^-=H₂O
 1               1
0.1mol     xmol
 Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓
 1                       2
0.099 mol         ymol
Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓
1               3
1mol      zmol
Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O
  1                     1
0.1 mol           Q mol
解得x=0.1mol
y=0.198mol
z=3mol
Q=0.1mol
则NaOH的质量为m=（0.1 mol+0.198 mol+3 mol+0.1 mol）×40 g/mol=135.92 g，
答：需要NaOH的质量为135.92 g．

点评 本题考查了根据化学方程式的有关计算，分析出向盐酸、氯化镁和氯化铝的混合溶液中加入NaOH的反应的先后顺序是关键，综合性较强，难度较大．