Question

将一定质量的Mg和Al的混合物投入250mL、2.0mol/L稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体0待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示．则下列说法正确的是（ ）

A．当加入氢氧化钠溶液的体积为20 mL时，溶液的pH等于7
B．当加入氢氧化钠溶液的体积为20 mL时，溶液中的溶质只有硫酸镁和硫酸铝
C．Na0H溶液的物质的量浓度为5 mol/L
D．生成的H₂在标准状况下的体积为11.2 L

Answer

由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O．当V（NaOH溶液）=200mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，二者物质的量之和为0.25mol，溶液中溶质为Na2SO4，根据钠元素守恒可知此时n（Na2SO4）等于200mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的倍．从200mL开始，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）3=NaAlO2+2H2O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）2，物质的量为0.15mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）2为0.15mol，Al（OH）3为0.25mol-0.15mol=0.1mol，
A、铝离子水解，溶液呈酸性；
B、由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O；
C、沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，溶液中溶质为Na2SO4，根据钠元素守恒可知此时n（NaOH）=2n（Na2SO4）据此计算；
D、由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）3]=0.1mol，n（Mg）=n[Mg（OH）2]=0.15mol，根据电子转移守恒可知2n（H2）=3n（Al）+2n（Mg），据此计算n（H2），再根据V=nVm计算氢气体积．
【解析】
由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O．当V（NaOH溶液）=200mL时，沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，二者物质的量之和为0.25mol，溶液中溶质为Na2SO4，根据钠元素守恒可知此时n（Na2SO4）等于200mL氢氧化钠溶液中含有的n（NaOH）的倍．从200mL开始，NaOH溶解Al（OH）3：NaOH+Al（OH）3=NaAlO2+2H2O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg（OH）2，物质的量为0.15mol，所以沉淀量最大时，Mg（OH）2为0.15mol，Al（OH）3为0.25mol-0.15mol=0.1mol，
A、溶质有硫酸镁、硫酸铝和硫酸钠，铝离子水解，溶液呈酸性，故A错误；
B、由图象可知，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后硫酸有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O，溶质有硫酸镁、硫酸铝和硫酸钠，故B错误；
C、沉淀量最大，此时为Mg（OH）2和Al（OH）3，溶液中溶质为Na2SO4，根据钠元素守恒可知此时n（NaOH）=2n（Na2SO4）=2×0.25L×2mol/L=1mol，所以Na0H溶液的物质的量浓度为=5 mol/L，故C正确；
D、由元素守恒可知n（Al）=n[Al（OH）3]=0.1mol，n（Mg）=n[Mg（OH）2]=0.15mol，根据电子转移守恒可知2n（H2）=3n（Al）+2n（Mg），根据电子转移守恒可知2n（H2）=3n（Al）+2n（Mg）=3×0.1mol+2×0.15mol=0.6mol，所以n（H2）=0.3mol，故氢气体积为0.3mol×22.4mol/L=7.72L，故D错误；
故选C．