Question

將Mg、Al混合粉末加入1mol/L的HCl溶液中充分反應，固體全部溶解，生成標況下的氣體x ml，再向反應后的溶液中加入1mol/L的NaOH溶液，產生沉淀的物質的量與所加NaOH溶液的體積的關系如圖所示．求：
（1）若V_a=30ml，V_b=80ml，V_c=90ml，求：
①HCl溶液的體積V（HCl）=______ml．
②Mg、Al的物質的量之比為=______．
③產生氣體的體積為x=______ml．
（2）若V_a=30ml，V_c=90ml，求V_b的取值范圍．

Answer 1

解：（1）①根據圖象知，0-Va段發生的反應為：HCl+NaOH=NaCl+H₂O，Va-Vb段發生的反應為：MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂+2 NaCl、2AlCl₃+6NaOH=2Al（OH）₃+3 NaCl，Vb-Vc段發生的反應為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，所以當沉淀最大量時，溶液中溶質是氯化鈉，
根據HCl+NaOH=NaCl+H₂O知，鹽酸的體積==80mL，
故答案為：80mL；
②根據Al---Al（OH）₃---OH^-知，鋁的物質的量==0.01mol；
根據Mg--Mg（OH）₂知n（Mg）=mol=0.01mol，
所以鎂和鋁的物質的量之比=0.01mol：0.01mol=1，
故答案為：1；
③根據轉移電子守恒知，生成氫氣的體積==0.56L=560mL，
故答案為：560；
（2）當金屬全部為鋁時，需要的氫氧化鈉V_b最少，根據2AlCl₃+6NaOH=2Al（OH）₃+3 NaCl和Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O知，（Vb-Va）：（Vc-Vb）=3：1，則Vb=30mL+=75mL，
當金屬全部為鎂時，需要的氫氧化鈉V_b最多，（Vc-Vb）的氫氧化鈉全部和鎂離子反應生成氫氧化鎂沉淀，則 Vc=Vb=90mL，實際上金屬是鎂鋁合金，所以氫氧化鈉的體積介于二者之間，即75＜Vb＜90，
故答案為：75＜Vb＜90．
分析：（1）①根據圖象知，0-Va段發生的反應為：HCl+NaOH=NaCl+H₂O，Va-Vb段發生的反應為：MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂+2 NaCl、2AlCl₃+6NaOH=2Al（OH）₃+3 NaCl，Vb-Vc段發生的反應為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，所以當沉淀最大量時，溶液中溶質是氯化鈉，根據氯化鈉中原子守恒計算鹽酸的體積；
②根據生成偏鋁酸鈉需要氫氧化鈉的量計算生成氫氧化鋁需要氫氧化鈉的量，則Va-Vb之間氫氧化鈉的量減去和鋁離子反應的氫氧化鈉的量就是和鎂離子反應的氫氧化鈉的量，再根據原子守恒計算鎂鋁的物質的量之比；
③根據轉移電子守恒計算生成氣體的體積；
（2）采用極限法進行計算．
點評：本題考查了鎂、鋁和酸、堿之間的反應，明確圖象中各段發生的化學反應是解本題關鍵，注意（2）題中采用極限法來分析解答，難度中等．