Question

某研究型學習小組為測定鎂和鋁的混合物中鋁的質量分數，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，當沉淀質量達到最大值時，加入的NaOH溶液的體積是______mL，沉淀的最大質量是______g．（用含a 的代數式表示）
（3）繼續加入NaOH溶液至沉淀不再發生變化時，過濾、洗滌并灼燒沉淀至恒重，所得殘余固體的質量仍為a g，計算原混合物中鋁的質量分數（寫出計算過程）．

Answer 1

（1）根據氫氣體積，可以確定氫氣物質的量為

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，則反應的氫離子的物質的量為0.15×2=0.3mol，
HCl溶液中HCl物質的量為0.2L×5mol/L=1mol，則鹽酸未完全反應．
根據Mg和Al與鹽酸的反應可知，當氫氣的量固定時，合金全為Mg時合金質量最大，當合金全為Al時合金質量最
        Mg～H₂                           2Al～3H₂       
   0.15mol  0.15mol                    0.1mol  0.15mol
所以兩種狀況下合金質量分別為：Mg：0.15mol×24g/mol=3.6g，Al：0.1mol×24g/mol=2.7g，
故答案為：2.7＜a＜3.6；
（2）根據反應過程我們可以發現
         Mg～H₂～2HClH～Mg²⁺～2NaOH～Mg（OH）₂
         Al～

3

2

H₂～3HCl～Al³⁺～3NaOH～Al（OH）₃
HCl（過量）～NaOH，故此不難發現，新引入的NaOH的物質的量與酸的物質的量相等，
酸的物質的量為0.2L×5mol/L=1mol，故NaOH的物質的量亦為1mol，NaOH溶液體積為

1mol

4mol/L

=0.25L=250mL，
由于沉淀當中只引入了OH^-，故沉淀質量應為原合金質量a加上新引入的OH^-的質量，而引入的OH^-的物質的量為氫氣物質的量的2倍，
所以沉淀的質量為：

3.36L

22.4L/mol

×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變化思考：易知最終物質為MgO，而最終MgO的質量與最初合金的質量相等，故可知合金當中Al元素的質量與MgO中O元素的質量相等，
所以合金當中Mg與Al的質量比即為MgO中Mg與O質量比相等，而MgO當中兩元素質量比即為原子量之比，故合金當中Al質量分數為：w（Al）=[16/（24+16）]×100%=40%        
答：原混合物中鋁的質量分數為40%．