Question

13．將0.1mol的鎂、鋁混合物溶于100mL 2mol/LH₂SO₄溶液中，然后再滴加1mol/L NaOH溶液．請回答：
（1）若在滴加NaOH溶液的過程中，沉淀質(zhì)量m隨加入NaOH溶液的體積V變化如圖所示．當(dāng)V₁=160mL時，則金屬粉末中n（Mg）=0.06mol，V₂=440mL．
（2）若在滴加NaOH溶液過程中，欲使Mg²⁺、Al³⁺剛好沉淀完全，則滴入NaOH溶液的體積V（NaOH）400mL．
（3）若混合物仍為0.1mol，其中Mg粉的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a，用100mL 2mol/L的硫酸溶解該混合物后，再加入450mL 1mol/L的NaOH溶液，所得沉淀中無Al（OH）₃．滿足此條件的a的取值范圍是：0.5≤a＜1．
（4）若滴加NaOH溶液致V₂mL時，停止滴加NaOH溶液，開始往溶液中通入足量CO₂，請寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖象可知，在滴加NaOH溶液到體積V₁=160mL過程中，沒有沉淀生成，說明硫酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余硫酸，V₁=160mL時，剩余的H₂SO₄與滴加的NaOH恰好完全反應(yīng)，溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，根據(jù)Mg原子、Al原子、SO₄^2-離子、Na⁺離子守恒，列方程求算n（Mg）；
當(dāng)?shù)渭覰aOH溶液到體積V₂時，Al（OH）₃完全溶解，沉淀是Mg（OH）₂，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液．根據(jù)SO₄^2-離子、Na⁺離子和Al原子守恒，求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{c}$計算；
（2）當(dāng)溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，即沉淀達(dá)到最大值，此時，溶液是Na₂SO₄溶液，根據(jù)SO₄^2-離子和Na⁺離子守恒有n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）求出n（NaOH），再利用V=$\frac{n}{c}$計算；
（3）若混合物仍為0.1mol，其中鎂的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得溶液無Al（OH）₃沉淀，證明生成的氫氧化鋁全部和氫氧化鈉反應(yīng)，由上述分析知：v₁=400ml，再加入50mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，求得：Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，據(jù)此判斷a的范圍；
（4）V₂mL時停止滴加NaOH溶液，此時溶質(zhì)為偏鋁酸鈉，硫酸鈉，開始往溶液中通入足量CO₂，偏鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式．

解答 解：（1）當(dāng)V₁=160mL時，此時溶液是MgSO₄、Al₂（SO₄）₃和Na₂SO₄混合液，
由Na⁺離子守恒可知，n（Na₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（Na⁺）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.16L×1mol/L=0.08mol，
設(shè)MgSO₄為xmol，Al₂（SO₄）₃為ymol，則：根據(jù)Mg原子、Al原子守恒有：x+2y=0.1，根據(jù)SO₄^2-離子守恒有：x+3y=0.2-0.08，
聯(lián)立方程解得：x=0.06、y=0.02，
所以金屬粉末中n（Mg）=0.06mol，n（Al）=2y=2×0.02mol=0.04mol，
滴加NaOH溶液到體積V₂時時，溶液是Na₂SO₄和NaAlO₂混合液，根據(jù)SO₄^2-離子、Na⁺離子和Al原子守恒有：
n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）+n（NaAlO₂）=2n（H₂SO₄）+n（Al）=2×0.1L×2mol/L×+0.04mol=0.44mol，
所以，V₂=$\frac{0.44mol}{1mol/L}$=0.44L=440mL，
故答案為：0.06，440；
（2）當(dāng)溶液中Mg²⁺、Al³⁺恰好沉淀完全時，此時，溶液是Na₂SO₄溶液，根據(jù)SO₄^2-離子和Na⁺離子守恒有：n（Na⁺）=2n（Na₂SO₄）=2（H₂SO₄）=2×0.1L×2mol/L=0.4mol，所以，V（NaOH）=$\frac{0.4mol}{1molL}$=0.4L=400mL
故答案為：400；
（3）若混合物仍為0.1mol，其中鎂的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a，用100mL2mol•L^-1硫酸溶解后，再加入450mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得溶液無Al（OH）₃沉淀，證明生成的氫氧化鋁全部和氫氧化鈉反應(yīng)，由上述分析知：v₁=400ml，再加入50mL 1mol•L^-1氫氧化鈉溶液，所得Al（OH）₃沉淀完全溶于氫氧化鈉生成偏鋁酸鈉，Al（OH）₃ +NaOH=NaAlO₂+2H₂O，Al（OH）₃最大取值0.05mol，即0＜n（Al）≤0.05mol，n（Mg）+n（Al）=0.1mol，則0.5≤n（Mg）＜1，
故答案為：0.5≤a＜1；
（4）V₂mL時停止滴加NaOH溶液，此時氫氧化鋁恰好完全溶解，溶液中溶質(zhì)為硫酸鈉和偏鋁酸鈉，若往溶液中通入足量CO₂，偏鋁酸鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式為：CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

點評 本題考查了有關(guān)混合物反應(yīng)的計算，題目難度中等，明確圖象曲線變化的含義為解答關(guān)鍵，注意掌握守恒思想在化學(xué)計算中的應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算能力．