把一块镁铝合金投入到过量的1 mol·L-1盐酸中,待合金完全溶解后,再往溶液里加入1 mol·L-1NaOH溶液,生成沉淀的物质的量随加入NaOH溶液体积变化的关系如图所示,下列说法中错误的是( )
A.盐酸的体积为90 mL
B.a的取值范围为0<a<50
C.n(Mg2+)<0.025 mol
D.当a值为30时,b值为0.02
A
【解析】
第一阶段,盐酸和氢氧化钠反应:H++OH-=H2O;第二阶段,氯化镁、氯化铝和氢氧化钠反应Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓,Al3++3OH-=Al(OH)3↓,第三阶段,氢氧化铝溶解:Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O,第四阶段无反应,沉淀全为Mg(OH)2,据此解答。
【详解】
A、第一阶段,盐酸和氢氧化钠反应:H++OH-=H2O;第二阶段,氯化镁、氯化铝和氢氧化钠反应Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓,Al3++3OH-=Al(OH)3↓,在V(NaOH)=80mL时沉淀达到最大值,溶液中溶质全为NaCl,根据原子守恒可知n(HCl)=n(NaCl)=n(NaOH)=0.08mol,所以盐酸的体积为80mL,A错误;
B、第三阶段,氢氧化铝溶解:Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O,因为此时消耗NaOH溶液体积10mL,所以第二阶段和Al3+反应的NaOH为30mL,假设无Mg2+,a=50,而实际存在Mg2+,所以0<a<50,B正确;
C、第三阶段,氢氧化铝溶解:Al(OH)3 +NaOH=NaAlO2+2H2O,因为此时消耗NaOH溶液体积为10mL,所以n(Al3+)=0.01mol,第四阶段无反应,沉淀全为Mg(OH)2,若a=0,n(Mg2+)取得最大值,第二阶段和Al3+反应的NaOH为30mL,所以此时和Mg2+反应的NaOH为50mL,所以镁离子物质的量的最大值是0.025mol,由于a>0,所以n(Mg2+)<0.025mol,C正确;
D、a=30时,和Mg2+反应的NaOH为20mL,此时n(Mg2+)=0.01mol,b=n(Mg2+)+n(Al3+)=0.02mol,D正确。
答案选A。
铝的主要性质:
“铝三角”关系:
Al3++3OH-===Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O
Al3++4OH-===AlO2-+2H2O
AlO2-+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO3-
AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓
AlO2-+4H+===Al3++2H2O
铝的特殊性质:
铝既能与酸反应,也能与强碱反应。
铝与酸反应:铝与浓硫酸在常温下发生钝化,2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑
铝与碱反应:2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑
铝热反应:
铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。此种反应被称为铝热反应。
可简单认为是铝与某些金属氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)或非金属氧化物(如SiO2等)在高热条件下发生的反应。
铝热反应常用于冶炼高熔点的金属,并且它是一个放热反应,
其中镁条为引燃剂,氯酸钾为助燃剂。
其装置如下图所示:
铝热反应配平技巧:
取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数,即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍数12,则Fe3O4前应为3Al2O3前应为4,然后便可得到Al为8,Fe为9。
镁铝的化学性质比较:
单质 | 镁 | 铝 |
与非金属反应 | 2Mg+O2=(点燃)=2MgO (发出耀眼白光) Mg+Cl2=(点燃)=MgCl2 3Mg+N2=(点燃)=Mg3N2 |
4Al+3O2=(加热)=2Al2O3 2Al+3Cl2=(加热)=2AlCl3 2Al+3S=(加热)=Al2S3 |
与沸水反应 | Mg+2H2O=(加热)=Mg(OH)2+H2↑ | 不反应 |
与酸反应 | Mg+2H+==Mg2++H2↑ 与稀硝酸反应生成Mg(NO3)2、NOx(或者N2、NH4NO3)、H2O |
2Al+6H+==2Al3++3H2↑ 在冷的浓硝酸或浓硫酸中钝化 |
与氧化物反应 | 2Mg+CO2=(点燃)=2MgO+C (剧烈燃烧,生成白色粉末和黑色固体) |
2Al+Fe2O3=(高温)=2Fe+Al2O3(铝热反应) |
与盐溶液反应 | Mg+2NH4++2H2O==Mg2++2NH3·H2O+H2↑ Mg+Cu2+==Mg2++Cu |
2Al+3Hg2+=2Al3++3Hg |
与强碱反应 | 不反应 | 2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑ |
取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数,即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍数12,则Fe3O4前应为3Al2O3前应为4,底下便可得到Al为8,Fe为9。
铝与酸、碱反应的计算技巧:
铝与酸、碱反应的实质都是,,所以根据得失电子守恒可知:,利用此关系可以方便地进行有关计算。
铝与酸或碱溶液反应生成H2的量的计算:
Al是我们中学阶段学习的唯一既与H+反应也与OH-反应的金属,它与酸、碱反应既有相同点,也有不同点。
相同点:Al均被氧化成+3价,所以1molAl不论与H+还是与OH-反应均生成3gH2。
不同点:1molAl与H+反应消耗3molH+,而与OH-反应只消耗1molOH-,所以含有等物质的量的NaOH溶液和HCl溶液分别与足量的铝反应时生成的氢气的物质的量之比为3∶1。
钝化:
铝、铁在常温下与浓硫酸发生钝化,钝化不是不反应,而是被氧化成一层致密的氧化物薄膜,恰恰说明金属的活泼性。
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