Question

某研究型學習小組為測定鎂和鋁的混合物中鋁的質(zhì)量分數(shù)，稱取該混合物a g，溶于200mL 5mol/L HCl溶液中，共收集到標準狀況下的氫氣3.36L．
（1）a 的取值范圍是______．
（2）向反應后所得溶液中逐漸加入4mol/L的NaOH溶液，當沉淀質(zhì)量達到最大值時，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，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，計算原混合物中鋁的質(zhì)量分數(shù)（寫出計算過程）．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)極限法求出極限點；
（2）根據(jù)溶液中的HCl、MgCl₂、AlCl₃與堿反應求出NaOH的物質(zhì)的量；
（4）根據(jù)合金當中Al元素的質(zhì)量與MgO中O元素的質(zhì)量相等，求出Al質(zhì)量分數(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．
根據(jù)Mg和Al與鹽酸的反應可知，當氫氣的量固定時，合金全為Mg時合金質(zhì)量最大，當合金全為Al時合金質(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，
由于沉淀當中只引入了OH^-，故沉淀質(zhì)量應為原合金質(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當中兩元素質(zhì)量比即為原子量之比，故合金當中Al質(zhì)量分數(shù)為：w（Al）=[16/（24+16）]×100%=40%        
答：原混合物中鋁的質(zhì)量分數(shù)為40%．
點評：在問題（2）中很容易忘記過量的HCl，從而導致錯誤的解答，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．