Question

某研究型學(xué)習(xí)小組為測定鎂和鋁的混合物中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稱取該混合物a g，溶于200mL 5mol/L HCl溶液中，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣3.36L．
（1）a 的取值范圍是______．
（2）向反應(yīng)后所得溶液中逐漸加入4mol/L的NaOH溶液，當(dāng)沉淀質(zhì)量達(dá)到最大值時(shí)，加入的NaOH溶液的體積是______mL，沉淀的最大質(zhì)量是______g．（用含a 的代數(shù)式表示）
（3）繼續(xù)加入NaOH溶液至沉淀不再發(fā)生變化時(shí)，過濾、洗滌并灼燒沉淀至恒重，所得殘余固體的質(zhì)量仍為a g，計(jì)算原混合物中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（寫出計(jì)算過程）．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)極限法求出極限點(diǎn)；
（2）根據(jù)溶液中的HCl、MgCl₂、AlCl₃與堿反應(yīng)求出NaOH的物質(zhì)的量；
（4）根據(jù)合金當(dāng)中Al元素的質(zhì)量與MgO中O元素的質(zhì)量相等，求出Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
解答：解：（1）根據(jù)氫氣體積，可以確定氫氣物質(zhì)的量為=0.15mol，則反應(yīng)的氫離子的物質(zhì)的量為0.15×2=0.3mol，
HCl溶液中HCl物質(zhì)的量為0.2L×5mol/L=1mol，則鹽酸未完全反應(yīng)．
根據(jù)Mg和Al與鹽酸的反應(yīng)可知，當(dāng)氫氣的量固定時(shí)，合金全為Mg時(shí)合金質(zhì)量最大，當(dāng)合金全為Al時(shí)合金質(zhì)量最
        Mg～H₂                           2Al～3H₂       
   0.15mol  0.15mol                    0.1mol  0.15mol
所以兩種狀況下合金質(zhì)量分別為：Mg：0.15mol×24g/mol=3.6g，Al：0.1mol×24g/mol=2.7g，
故答案為：2.7＜a＜3.6；
（2）根據(jù)反應(yīng)過程我們可以發(fā)現(xiàn)
         Mg～H₂～2HClH～Mg²⁺～2NaOH～Mg（OH）₂
         Al～H₂～3HCl～Al³⁺～3NaOH～Al（OH）₃
HCl（過量）～NaOH，故此不難發(fā)現(xiàn)，新引入的NaOH的物質(zhì)的量與酸的物質(zhì)的量相等，
酸的物質(zhì)的量為0.2L×5mol/L=1mol，故NaOH的物質(zhì)的量亦為1mol，NaOH溶液體積為=0.25L=250mL，
由于沉淀當(dāng)中只引入了OH^-，故沉淀質(zhì)量應(yīng)為原合金質(zhì)量a加上新引入的OH^-的質(zhì)量，而引入的OH^-的物質(zhì)的量為氫氣物質(zhì)的量的2倍，
所以沉淀的質(zhì)量為：×2×17g/mol+ag=（a+5.1）g，
故答案為：250；（a+5.1）g；  
（3）這一問我們依然需要通過宏觀物質(zhì)變化思考：易知最終物質(zhì)為MgO，而最終MgO的質(zhì)量與最初合金的質(zhì)量相等，故可知合金當(dāng)中Al元素的質(zhì)量與MgO中O元素的質(zhì)量相等，
所以合金當(dāng)中Mg與Al的質(zhì)量比即為MgO中Mg與O質(zhì)量比相等，而MgO當(dāng)中兩元素質(zhì)量比即為原子量之比，故合金當(dāng)中Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：w（Al）=[16/（24+16）]×100%=40%        
答：原混合物中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%．
點(diǎn)評：在問題（2）中很容易忘記過量的HCl，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的解答，而問題（3）若采用常規(guī)方法則難以解答，采用了守恒法可以起到事倍功半的效果．