Question

在标准状况下进行甲、乙、丙三组实验。三组实验各取同浓度的盐酸30mL，加入同一种镁铝合金粉末，产生气体。有关数据列表如下(气体体积均为标准状况下测得)：

实验序号	甲	乙	丙
合金质量/g	0.255	0.385	0.459
生成气体/ml	280	336	336

(1)该盐酸的物质的量浓度____________；

(2)合金中Mg、Al的物质的量之比为___________；

(3)在丙组实验后，向容器中加入1mol/L的NaOH溶液，恰好使合金中的铝元素全部转化为AlO₂^-，并使Mg²⁺刚好沉淀完全，则溶液中AlO₂^-的物质的量为__________mol；溶液中Na⁺的物质的量为_________mol；所加NaOH溶液的体积为_________mL。

Answer

1mol/L 1：1 0.009 0.039 39

【解析】

结合表格数据，盐酸浓、体积一定，甲中合金质量小于乙中合金质量，且甲中生成气体体积小于乙中气体体积，说明甲中盐酸过量、金属完全反应，乙中合金质量小于丙中合金质量，且乙、丙生成气体体积相等，说明乙、丙中盐酸完全反应，生成336mL氢气需要金属的质量为0.255g×=0.306g，故乙中金属剩余，盐酸不足；

(1)盐酸完全反应生成氢气336mL，根据n=计算氢气的物质的量，根据氢元素守恒可知n(HCl)=2n(H2)，据此计算；

(2)甲中盐酸有剩余，金属完全反应，此时生成氢气280mL，故可以根据甲组数据计算金属的物质的量之比，令镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量之和与电子转移守恒列方程计算x、y的值，据此解答；

(3)丙实验之后，向容器中加入NaOH溶液，恰好使合金中的铝元素全部转化为AlO2-，并使Mg2+刚好沉淀完全，反应后溶液中溶质为氯化钠、偏铝酸钠．由(2)中计算Mg、Al的物质的量可知丙中Al的物质的量，根据铝元素守恒计算偏铝酸钠的物质的量，根据氯离子守恒计算溶液中n(NaCl)=n(HCl)，根据钠离子守恒可知n(NaOH)=n(NaCl)+n(NaAlO2)，n(Na+)=n(NaOH)，再根据V=计算氢氧化钠的体积。

(1)盐酸完全反应生成氢气336mL，氢气的物质的量为=0.015mol，根据氢元素守恒可知n(HCl)=2n(H2)=2×0.015mol=0.03mol，故盐酸的物质的量浓度为=1mol/L；

(2)甲中盐酸有剩余，金属完全反应，此时生成氢气280mL，故可以根据甲组数据计算金属的物质的量之比，令镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量可知24x+27y=0.255，根据电子转移守恒有2x+3y=×2，联立方程解得：x=0.005、y=0.005，故合金中镁与铝的物质的量之比为0.005mol:0.005mol=1:1；

(3)丙实验之后，向容器中加入NaOH溶液，恰好使合金中的铝元素全部转化为AlO2−，并使Mg2+刚好沉淀完全，反应后溶液中溶质为氯化钠、偏铝酸钠，由(2)中计算Mg、Al的物质的量可知丙中Al的物质的量为0.005mol×=0.009mol，根据铝元素守恒可知n(NaAlO2)=n(Al原子)=0.009mol，根据氯离子守恒可知n(NaCl)=1mol/L×0.03L=0.03mol，根据钠离子守恒可知n(NaOH)=n(NaCl)+n(NaAlO2)=0.03mol+0.009mol=0.039mol，n(Na+)=n(NaOH)=0.039mol，故需要氢氧化钠溶液的体积为=0.039L=39mL。