Question

镁、铝的混合物共0.2mol，溶于200mL4mol·L^-1的盐酸溶液中，然后再滴加2 mol·L^-1的NaOH 溶液。若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量m 随加入NaOH溶液的体积V变化情况如图所示。请回答下列问题：

(1)当V₁=160mL时，则金属粉末中n(Al)=_____________mol。

(2)V₂～V₃段发生反应的离子方程式为_____________________________________________________。

(3)）若镁、铝的混合物仍为0.2mol，其中镁粉的物质的量分数为a，改用200mL4 mol·L^-1的硫酸溶解此混合物后，再加入840mL 2 mol·L^-1的NaOH溶液，所得沉淀中无Al(OH)₃，则a的取值范围为_______________________。

Answer

0.08 Al(OH)3+OH−=AlO2−+2H2O 0.6⩽a＜1

【解析】

(1)根据图象可知，在滴加NaOH溶液到体积V1=160mL过程中，没有沉淀生成，说明盐酸有剩余，滴加的NaOH用于中和剩余盐酸，V1=160mL时，剩余的HCl与滴加的NaOH恰好完全反应，溶液是MgCl2、AlCl3和NaCl混合液，根据镁原子、铝原子、氯离子、钠离子守恒，列方程求算n(Al)；

(2)V2～V3段是氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水；

(3)硫酸的物质的量等于HCl的物质的量，故硫酸有剩余，反应后的混合溶液再加入840mL 2mol⋅L−1的NaOH溶液，所得沉淀中无Al(OH)3，Al3+转化为AlO2−，溶质为硫酸钠Na2SO4、NaAlO2，由于为金属混合物，则a＜1，根据钠离子守恒：n(NaOH)⩾2n(Na2SO4)+n(NaAlO2)，根据铝元素守恒用a表示出n(NaAlO2)，据此确定a的取值范围。

(1)当V1=160mL时，此时溶液是MgCl2、AlCl3和NaCl的混合液， 由Na+离子守恒可知：n(NaCl)=n(Na+)=n(NaOH)=0.16L×2mol/L=0.32mol， 200mL 4mol⋅L−1的盐酸溶液中含有HCl的物质的量为：4mol/L×0.2L=0.8mol， 设Mg为xmol，Al为ymol， 则x+y=0.2， 根据Cl−离子守恒有：2x+3y+0.32=0.8，联立方程解得：x=0.12、y=0.08； 

(2)V2～V3段是氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，反应离子方程式为：Al(OH)3+OH−=AlO2−+2H2O；

(3)由于为金属混合物，则a＜1，Al的物质的量为：0.2×(1−a)mol， 硫酸的物质的量等于HCl的物质的量，故硫酸有剩余，反应后的混合溶液再加入840mL 2mol⋅L−1的NaOH溶液，所得沉淀中无Al(OH)3，Al3+转化为AlO2−，溶质为硫酸钠Na2SO4、NaAlO2， 根据铝元素守恒可知：n(NaAlO2)=0.2×(1−a)mol， 根据钠离子守恒：n(NaOH)⩾2n(Na2SO4)+n(NaAlO2)，即：0.84×2⩾2×0.2×4+0.2×(1−a)，解得：a⩾0.6， 所以a的取值范围为：故0.6≤a＜1。