Question

鎂、鋁及其化合物廣泛應(yīng)用于材料工業(yè)、藥物合成等工業(yè)生產(chǎn)中．某化學(xué)興趣小組的同學(xué)們對三種不同的鎂鋁合金樣品進行編號，并展開了實驗探究．
（1）取樣品①m₁ g，加入過量NaOH溶液，充分反應(yīng)后過濾；往濾液中通入過量CO₂氣體；將所得沉淀過濾、洗滌、烘干、灼燒，得到固體的質(zhì)量仍然為m₁ g．合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

（保留2位小數(shù)，下同）．
（2）取樣品②m₂ g，與足量稀硫酸反應(yīng)，固體完全溶解時得到氣體的體積為V L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．m₂的取值范圍是

 

．
（3）取樣品③0.918g，與30.00mL、2.00mol/L鹽酸充分反應(yīng)后，得到672mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），剩余合金0.306g．然后改加1.00mol/L的NaOH溶液，使剩余合金中的鋁恰好完全溶解．需要加入1.00mol/L的NaOH溶液

 

mL．
（4）為了確定可能含有鎂、鋁元素的某未知硫酸鹽晶體的化學(xué)式，稱取67.80g晶體溶于水，向其中逐滴加入足量Ba（OH）₂溶液后過濾，得到99.00g白色沉淀，用稀硝酸處理沉淀物，經(jīng)洗滌和干燥，最終得到白色固體93.20g．試通過計算確定該晶體的化學(xué)式．（寫出推算過程）

Answer 1

分析：（1）發(fā)生的反應(yīng)為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓、2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，得到的固體是氧化鋁，反應(yīng)前后質(zhì)量不變，說明氧化鋁中的氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于鎂元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（2）采用極限法計算固體質(zhì)量范圍；
（3）氫氣的物質(zhì)的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，鹽酸的物質(zhì)的量=2.00mol/L×0.03L=0.06mol，根據(jù)氫原子守恒知，鹽酸中氫離子全部析出，生成0.03mol氫氣需要鎂的質(zhì)量=0.03mol×24g/mol=0.72g＞（0.918g-0.306g）=0.612g，所以部分Al參加反應(yīng)，則剩余的固體是Al，根據(jù)鋁和氫氧化鈉之間的關(guān)系式計算；
（4）99.00g白色沉淀為硫酸鋇和氫氧化鎂，用稀硝酸處理沉淀物，經(jīng)洗滌和干燥，最終得到白色固體93.20g為硫酸鋇，根據(jù)原子守恒確定該晶體的化學(xué)式．

解答：解：（1）發(fā)生的反應(yīng)為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、NaAlO₂+CO₂+2H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓、2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，得到的固體是氧化鋁，反應(yīng)前后質(zhì)量不變，說明氧化鋁中的氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于鎂元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則合金中鎂元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

16×3

16×3+27×2

×100%=0.47，
故答案為：0.47；
（2）假設(shè)全部是Mg，設(shè)鎂的質(zhì)量為x，
Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂ ↑
24g        22.4L
x            VL
24g：22.4L=x：VL
x=

24g×VL

22.4L

=

24V

22.4

g，
假設(shè)合金全部是Al，
設(shè)鋁的質(zhì)量是y，
2Al+6H⁺=2Al²⁺+3H₂↑
54g           67.2L
y              VL
54g：67.2L=y：VL，
y=

54g×VL

67.2L

=

27V

33.6

g，
故答案為：

27V

33.6

＜m₂＜

24V

22.4

；
（3）氫氣的物質(zhì)的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，鹽酸的物質(zhì)的量=2.00mol/L×0.03L=0.06mol，根據(jù)氫原子守恒知，鹽酸中氫離子全部析出，生成0.03mol氫氣需要鎂的質(zhì)量=0.03mol×24g/mol=0.72g＞（0.918g-0.306g）=0.612g，所以部分Al參加反應(yīng)，則剩余的固體是Al，
設(shè)NaOH溶液的體積為VL，
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54g   2mol
0.306g （1×V）mol
54g：2mol=0.306g：（1×V）mol
V=

0.306g×2mol

54g×1mol

=0.078L=78mL，
故答案為：78.00；
（4）n（SO₄^2-）=

93.2g

233g/mol

=0.4mol，n（Mg²⁺）=

5.8g

58g/mol

=0.1 mol，根據(jù)離子化合物中陰、陽離子電荷平衡的原理：2 n（Mg²⁺）+3n（Al³⁺）=2n（SO₄^2-），可得：n（Al³⁺）=

1

3

（2×0.4mol-2×0.1mol）=0.2 mol，n（H₂O）=

67.8g-0.2mol×27g/mol-0.1mol×24g/mol-0.4mol×96g/mol

18g/mol

=1.2mol，該結(jié)晶水合物的化學(xué)式為Mg（Al）₂（SO₄）₄?12H₂O[或MgSO₄?Al₂（SO₄）₃?12H₂O]，
答：該晶體的化學(xué)式為Mg（Al）₂（SO₄）₄?12H₂O[或MgSO₄?Al₂（SO₄）₃?12H₂O]．

點評：本題考查了合金的有關(guān)計算，明確物質(zhì)之間的反應(yīng)結(jié)合方程式來分析解答，注意（3）中要進行計算來確定0.306g固體的成分，再結(jié)合原子守恒進行計算，題目難度較大．