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镁、铝及其化合物的图像题类型多,涵盖的知识丰富,对思维能力的要求高,有一定难度。解题的关键是要读懂图像,尤其是要识破图像中四个基本点原点、拐点、极值点、终点,通过这些点与数,点与形的分析运算,得出四个基本点,所对应数据的含义和所发生的化学反应以及元素存在的形式,再综合运用元素守恒法和综态分析法,就可得出正确答案。
一、镁、铝单质图像题
例1.将0.1 mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol/LH2SO4溶液中,然后再滴加1 mol/L NaOH溶液。请回答:
(1)若在滴加NaOH溶液的过程中,沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如下图所示。当V1=160mL时,则金属粉末中n(Mg)=mol,V2= mL。
(2)若在滴加NaOH溶液过程中,欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全,则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH) mL。
(3)若混合物仍为0.1mol,其中Mg粉的物质的量分数为a,用100mL 2 mol/L的硫酸溶解该混合物后,再加入450mL 1mol/L的NaOH溶液,所得沉淀中无Al(OH)3。满足此条件的a的取值范围是: 。
解析:首先分析出图像中的原点、拐点、极值点、终点及其含义。原点O为过量的H2SO4、MgSO4、Al2(SO4)3的混合溶液;A点既是拐点,也是极值点,其含义为溶液的Mg2+、Al3+刚好完全沉淀,生成Mg(OH)2、Al(OH)3;B点也为拐点,其含义为生成的Al(OH)3沉淀刚好完全溶解,生成NaAlO2,但Mg(OH)2并不发生变化。
(1)由图像可知:V1mL的NaOH溶液是与过量H2SO4反应的,则与Mg、Al反应的为H2SO4:0.2mol—0.16mol× =0.12mol。假设Mg、Al物质的量分别为x mol、y mol,则有方程组:①x+y=0.1mol,②x+ =0.12mol,解得:x=0.06mol,y=0.04mol。
当加入V2mL NaOH溶液时,刚好得到Mg(OH)2沉淀和NaAlO2,由关系式法:
Mg2+~2OH-,Al3+~4OH-,
有V2=160 mL+ =440 mL。
(2)由终态分析法有,当Mg2+、Al3+刚好沉淀完全时,溶液中只有Na2SO4,关系式为2NaOH~H2SO4,
故V(NaOH)= 。
(3)当所得沉淀中无Al(OH)3时,NaOH溶液过量,反应后生成的溶质为:Na2SO4、NaAlO2。则由Na元素守恒:n(NaOH)=0.45 L×1mol/L≥0.1 L×2 mol/L×2+0.1×(1-a)mol。解得a≥ ,则满足此条件的a的取值范围是 ≤a<1。
二、镁、铝化合物图像题
例2.把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量的水后,产生1.16g白色沉淀。再向所得悬浊液中逐滴加入1.00mol/L HCl溶液,加入HCl溶液的体积与生成沉淀的关系如下图所示。试回答:
(1)A点的沉淀物的化学式为 ,理由是 。
(2)写出A点到B点发生反应的离子方程式 。
(3)C点溶液的体积为 mL。
(4)原混合物中MgCl2的质量是 ,AlCl3的质量是 ,NaOH的质量是 。
解析:首先分析出图像中的原点、拐点、极值点、终点及其含义。显然原点含义为产生1.16g白色沉淀,白色沉淀可能有三种情况,Al(OH)3或Mg(OH)2或Al(OH)3與Mg(OH)2的混合物;A为拐点,其含义为加入10.0mL HCl正好把过量的NaOH中和掉,故原点、A点的沉淀物只有Mg(OH)2;B为拐点,其含义为溶液中的AlO2-刚好全部生成Al(OH)3;C点为终点,溶液中溶质刚好为NaCl、MgCl2、AlCl3三种物质的混合物。
(1)从图像分析,从原点开始,加入10.0mL HCl后沉淀才增加,说明加入10.0mL HCl正好把过量的NaOH中和掉,故A点的沉淀物只能是Mg(OH)2。
(2)从A→B,沉淀的量逐渐增加,反应为:AlO2-+H++H2O==Al(OH)3↓,B点时,溶液中的AlO2-刚好完全生成Al(OH)3。
(3)从B→C,加入的HCl刚好把Mg(OH)2、Al(OH)3完全溶解,则由元素守恒法可知,
n(HCl)=30.0mL×10-3L/mol×1.00mol/L
+2n[Mg(OH)2]+3n[Al(OH)3]=0.13mol;
V(HCl)=0.1300L=130.0mL。
(4)由元素守恒法可知,
n(MgCl2)=n[Mg(OH)2]== =0.02mol,
则m(MgCl2)=0.0200mol×95g/mol=1.90g;n(AlCl3)=n(AlO2-)=1.00mol/l×(30.0mL-10.0mL)×10-3L/mL=0.020mol,m(AlCl3) =0.0200mol×133.5g/mol=2.67g;n(NaOH)=2n(MgCl2)+4n(AlCl3)+1.00mol/L×0.0100L=0.130mol,m(NaOH)=0.130mol×M(NaOH)=0.130mol×40.0g/mol=5.20g。
(作者单位:甘肃省西和县职教中心 甘肃西和)
一、镁、铝单质图像题
例1.将0.1 mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol/LH2SO4溶液中,然后再滴加1 mol/L NaOH溶液。请回答:
(1)若在滴加NaOH溶液的过程中,沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如下图所示。当V1=160mL时,则金属粉末中n(Mg)=mol,V2= mL。
(2)若在滴加NaOH溶液过程中,欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全,则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH) mL。
(3)若混合物仍为0.1mol,其中Mg粉的物质的量分数为a,用100mL 2 mol/L的硫酸溶解该混合物后,再加入450mL 1mol/L的NaOH溶液,所得沉淀中无Al(OH)3。满足此条件的a的取值范围是: 。
解析:首先分析出图像中的原点、拐点、极值点、终点及其含义。原点O为过量的H2SO4、MgSO4、Al2(SO4)3的混合溶液;A点既是拐点,也是极值点,其含义为溶液的Mg2+、Al3+刚好完全沉淀,生成Mg(OH)2、Al(OH)3;B点也为拐点,其含义为生成的Al(OH)3沉淀刚好完全溶解,生成NaAlO2,但Mg(OH)2并不发生变化。
(1)由图像可知:V1mL的NaOH溶液是与过量H2SO4反应的,则与Mg、Al反应的为H2SO4:0.2mol—0.16mol× =0.12mol。假设Mg、Al物质的量分别为x mol、y mol,则有方程组:①x+y=0.1mol,②x+ =0.12mol,解得:x=0.06mol,y=0.04mol。
当加入V2mL NaOH溶液时,刚好得到Mg(OH)2沉淀和NaAlO2,由关系式法:
Mg2+~2OH-,Al3+~4OH-,
有V2=160 mL+ =440 mL。
(2)由终态分析法有,当Mg2+、Al3+刚好沉淀完全时,溶液中只有Na2SO4,关系式为2NaOH~H2SO4,
故V(NaOH)= 。
(3)当所得沉淀中无Al(OH)3时,NaOH溶液过量,反应后生成的溶质为:Na2SO4、NaAlO2。则由Na元素守恒:n(NaOH)=0.45 L×1mol/L≥0.1 L×2 mol/L×2+0.1×(1-a)mol。解得a≥ ,则满足此条件的a的取值范围是 ≤a<1。
二、镁、铝化合物图像题
例2.把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量的水后,产生1.16g白色沉淀。再向所得悬浊液中逐滴加入1.00mol/L HCl溶液,加入HCl溶液的体积与生成沉淀的关系如下图所示。试回答:
(1)A点的沉淀物的化学式为 ,理由是 。
(2)写出A点到B点发生反应的离子方程式 。
(3)C点溶液的体积为 mL。
(4)原混合物中MgCl2的质量是 ,AlCl3的质量是 ,NaOH的质量是 。
解析:首先分析出图像中的原点、拐点、极值点、终点及其含义。显然原点含义为产生1.16g白色沉淀,白色沉淀可能有三种情况,Al(OH)3或Mg(OH)2或Al(OH)3與Mg(OH)2的混合物;A为拐点,其含义为加入10.0mL HCl正好把过量的NaOH中和掉,故原点、A点的沉淀物只有Mg(OH)2;B为拐点,其含义为溶液中的AlO2-刚好全部生成Al(OH)3;C点为终点,溶液中溶质刚好为NaCl、MgCl2、AlCl3三种物质的混合物。
(1)从图像分析,从原点开始,加入10.0mL HCl后沉淀才增加,说明加入10.0mL HCl正好把过量的NaOH中和掉,故A点的沉淀物只能是Mg(OH)2。
(2)从A→B,沉淀的量逐渐增加,反应为:AlO2-+H++H2O==Al(OH)3↓,B点时,溶液中的AlO2-刚好完全生成Al(OH)3。
(3)从B→C,加入的HCl刚好把Mg(OH)2、Al(OH)3完全溶解,则由元素守恒法可知,
n(HCl)=30.0mL×10-3L/mol×1.00mol/L
+2n[Mg(OH)2]+3n[Al(OH)3]=0.13mol;
V(HCl)=0.1300L=130.0mL。
(4)由元素守恒法可知,
n(MgCl2)=n[Mg(OH)2]== =0.02mol,
则m(MgCl2)=0.0200mol×95g/mol=1.90g;n(AlCl3)=n(AlO2-)=1.00mol/l×(30.0mL-10.0mL)×10-3L/mL=0.020mol,m(AlCl3) =0.0200mol×133.5g/mol=2.67g;n(NaOH)=2n(MgCl2)+4n(AlCl3)+1.00mol/L×0.0100L=0.130mol,m(NaOH)=0.130mol×M(NaOH)=0.130mol×40.0g/mol=5.20g。
(作者单位:甘肃省西和县职教中心 甘肃西和)