Question

硝酸与金属反应时，浓度越稀还原产物价态越低．现用一定量的铝粉与镁粉组成的混合物与100ml硝酸钾溶液与硫酸组成的混合溶液充分反应，反应过程中无任何气体放出，相反应后的溶液中逐滴加入4.00mol/L的NaOH溶液，加入的溶液体积与与产生的沉淀质量的关系如图所示．回答下列问题：
（1）写出铝与混合溶液反应的离子方程式______
（2）参加反应硝酸根离子物质的量为______mol
（3）参加反应的铝与镁的质量之比为______
（4）混合液中硫酸的物质的量的浓度为______mol/L．

Answer

（1）根据信息中硝酸与金属反应时，浓度越稀还原产物价态越低，结合反应过程中无任何气体放出，则金属与混合溶液反应生成铵根离子；
（2）由图可知，从15.0mL到16.5mL区间内发生的反应是氢氧根离子与铵根离子的反应，由氮原子守恒可知，铵根离子的物质的量即为原溶液中反应的硝酸根离子的物质的量；
（3）由图可知，16.5mL到18.5mL区间内发生的反应是氢氧化铝与氢氧化钠的反应，3.0mL到15.0mL区间发生的是金属离子结合生成沉淀，然后利用反应来计算；
（4）由4Mg+10H++NO3-═4Mg2++NH4++3H2O、8Al+30H++3NO3-=8Al3++3NH4++9H2O及图中开始3.0mLNaOH溶液消耗的酸，计算混合液中硫酸的物质的量的浓度．
【解析】
（1）硝酸根浓度很低时被氧化的产物是铵根离子，因此无气体放出，镁、铝反应生成金属阳离子，则离子反应分别为4Mg+10H++NO3-═4Mg2++NH4++3H2O、8Al+30H++3NO3-=8Al3++3NH4++9H2O，
故答案为：8Al+30H++3NO3-=8Al3++3NH4++9H2O；
（2）由图示可以看出加入氢氧化钠溶液从15.0mL到16.5mL区间内发生的反应是氢氧根离子与铵根离子的反应，
由氮原子守恒可知，铵根离子的物质的量即为原溶液中反应的硝酸根离子的物质的量，
则原溶液中NO3-物质的量是（16.5-15）×10-3L×4mol/L=0.006mol，故答案为：0.006mol；    
（3）从图示提示中看出从氢氧化溶液体积16.5mL到18.5mL区间内发生的反应是氢氧化铝与氢氧化钠的反应，氢氧化铝与氢氧化钠等物质的量反应，
由Al～Al3+～Al（OH）3～NaOH，则Al的物质的量为0.008mol，
再由Mg2++2OH-═Mg（OH）2↓、Al3++3OH-═Al（OH）3↓，
沉淀镁离子和铝离子共消耗氢氧化钠溶液体积（15.0-3.0）mL，
由此可知：沉淀镁离子时消耗的氢氧根离子物质的量为（15.0-3.0）×10-3L×4.00mol/L-8×10-3mol×3=24×10-3mol，镁离子物质的量为1.2×10-2mol，
参加反应的镁与铝的质量之比：8×10-3mol×27g/mol：1.2×10-2mol×24g/mol=3：4，故答案为：3：4；
（4）由4Mg+10H++NO3-═4Mg2++NH4++3H2O、8Al+30H++3NO3-=8Al3++3NH4++9H2O可知，
消耗氢离子为0.008mol×+1.2×10-2mol×=0.06mol，
图中开始3.0mLNaOH溶液消耗氢离子的物质的量为3×10-3L×4mol/L=0.012mol，
原溶液中硫酸的物质的量为=0.036mol，
混合液中硫酸的物质的量的浓度为=0.36mol/L，故答案为：0.36．