有关"含铝元素的混合物计算问题"的巧解

关于这类计算,如果常规方法,即通过“化学方程式计算”,通常都比较繁琐,而且,稍不认真就极有可能出错。有没有更好的办法呢?我们通过下面这道例题来说明一下。

例:将一定质量的镁、铝合金,投入100 mL一定浓度的盐酸中,合金全部溶解。向所得溶液中滴加5 mol/L NaOH溶液,生成的沉淀质量与加入NaOH溶液体积比如图所示,利用图中数据计算盐酸的物质的量浓度是多少?

我先通过化学方程式来计算。

解析:本题中有三种物质消耗盐酸,镁、铝和氢氧化钠。由图知和过量盐酸反应的氢氧化钠是20mL,则可直接求得这部分盐酸。所以,此题的关键是求镁和铝所消耗的盐酸。镁、铝所消耗的盐酸的量可由图中数据求得。

解:本题所涉及到的化学方程式

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑………………………(1)

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑……………………(2)

HCl + NaOH = NaCl + H2O ………………………(3)

MgCl2+ 2NaOH = Mg(OH)2↓+ 2NaCl …………(4)

AlCl3 +3NaOH = Al (OH)3↓+ 3 NaCl …………(5)

Al (OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O …………(6)

由图知Al (OH)3溶解所消耗的NaOH为:

V(NaOH) = (180 - 160)×10-3 = 0.02 L

再由化学方程式(2)、(5)、(6)可得关系式:

NaOH ~ Al (OH)3 ~ AlCl3 ~ 3HCl

1 3

0.02×5 n(HCl)1

所以铝所消耗的盐酸为:n(HCl)1 = 3×0.02×5 = 0.3 mol

由图可知AlCl3和MgCl2所消耗的NaOH总共为:

V(NaOH) = (160 - 20)×10-3 = 0.14 L

由化学方程式(5)、(6)可得关系式:

NaOH ~ Al (OH)3 ~ 3NaOH

1 3

0.02×5 n(NaOH)

所以AlCl3消耗的NaOH为:n(NaOH) = 3×0.02×5 = 0.3 mol

则MgCl2所消耗的NaOH为:0.14×5﹣0.3 = 0.4 mol

由化学方程式(1)、(4)可得关系式:

2NaOH ~MgCl2~ 2HCl

2 2

0.4 n(HCl)2

所以镁所消耗的盐酸n(HCl)2 = 0.4 mol

再由(3)可求得过量的盐酸为:n(HCl)3 = 20×10-3×5 = 0.1 mol

所以盐酸的物质的量浓度为:

C(HCl) = [n(HCl)1+ n(HCl)2 +n(HCl)3] / V(HCl)

= (0.3 mol + 0.4 mol + 0.1 mol) / (100×10-3L)

= 8 mol/L

通过上面的分析,这道题如果用这种方法解决无疑是比较繁琐,而且,非常容易漏掉其中一项,从而使整个

解题出现错误。那么,关于这类题,有没有其它即简单又直观的方法呢?接下来,我们在从另一个角度来分析

这道题。

我们结合图形,来分析随着加入的氢氧化钠的量不同,溶液的成分也会随之改变:

当加入的氢氧化钠为0 mL时,溶液为:AlCl3、MgCl2和HCl。

当加入的氢氧化钠为20 mL时,溶液为:AlCl3、MgCl2和NaCl。

当加入的氢氧化钠为160 mL时,溶液为:NaCl。

则我们可以根据Na元素和Cl元素守恒得到关系式:

NaOH ~ NaCl ~HCl

1 1

160×10-3×5 n(HCl)

所以,我们可以很容易的得到盐酸的量:

n(HCl) = 160×10-3×5 = 0.8 mol

C(HCl) = n(HCl) / V(HCl)

= 0.8 mol / (100×10-3L)

=8 mol/L

通过上面两种方法的比较,我们不难得出,第二种方法更直观、更简单。而且,在有些关于“含铝元素的混合物计算”的问题中,利用第一种方法更是无从下手,而只能用第二种方法来解决,例如下面的这道题。

有5.1 g镁、铝合金,投入500 mL的2 mol/L HCl溶液中,金属全部溶解后,在加入4 mol/L NaOH溶液,若要求达到沉淀最大值,则加入的NaOH溶液应为多少毫升?

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关于这类计算,如果常规方法,即通过“化学方程式计算”,通常都比较繁琐,而且,稍不认真就极有可能出错。有没有更好的办法呢?我们通过下面这道例题来说明一下。

例:将一定质量的镁、铝合金,投入100 mL一定浓度的盐酸中,合金全部溶解。向所得溶液中滴加5 mol/L NaOH溶液,生成的沉淀质量与加入NaOH溶液体积比如图所示,利用图中数据计算盐酸的物质的量浓度是多少?

我先通过化学方程式来计算。

解析:本题中有三种物质消耗盐酸,镁、铝和氢氧化钠。由图知和过量盐酸反应的氢氧化钠是20mL,则可直接求得这部分盐酸。所以,此题的关键是求镁和铝所消耗的盐酸。镁、铝所消耗的盐酸的量可由图中数据求得。

解:本题所涉及到的化学方程式

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑………………………(1)

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑……………………(2)

HCl + NaOH = NaCl + H2O ………………………(3)

MgCl2+ 2NaOH = Mg(OH)2↓+ 2NaCl …………(4)

AlCl3 +3NaOH = Al (OH)3↓+ 3 NaCl …………(5)

Al (OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O …………(6)

由图知Al (OH)3溶解所消耗的NaOH为:

V(NaOH) = (180 - 160)×10-3 = 0.02 L

再由化学方程式(2)、(5)、(6)可得关系式:

NaOH ~ Al (OH)3 ~ AlCl3 ~ 3HCl

1 3

0.02×5 n(HCl)1

所以铝所消耗的盐酸为:n(HCl)1 = 3×0.02×5 = 0.3 mol

由图可知AlCl3和MgCl2所消耗的NaOH总共为:

V(NaOH) = (160 - 20)×10-3 = 0.14 L

由化学方程式(5)、(6)可得关系式:

NaOH ~ Al (OH)3 ~ 3NaOH

1 3

0.02×5 n(NaOH)

所以AlCl3消耗的NaOH为:n(NaOH) = 3×0.02×5 = 0.3 mol

则MgCl2所消耗的NaOH为:0.14×5﹣0.3 = 0.4 mol

由化学方程式(1)、(4)可得关系式:

2NaOH ~MgCl2~ 2HCl

2 2

0.4 n(HCl)2

所以镁所消耗的盐酸n(HCl)2 = 0.4 mol

再由(3)可求得过量的盐酸为:n(HCl)3 = 20×10-3×5 = 0.1 mol

所以盐酸的物质的量浓度为:

C(HCl) = [n(HCl)1+ n(HCl)2 +n(HCl)3] / V(HCl)

= (0.3 mol + 0.4 mol + 0.1 mol) / (100×10-3L)

= 8 mol/L

通过上面的分析,这道题如果用这种方法解决无疑是比较繁琐,而且,非常容易漏掉其中一项,从而使整个

解题出现错误。那么,关于这类题,有没有其它即简单又直观的方法呢?接下来,我们在从另一个角度来分析

这道题。

我们结合图形,来分析随着加入的氢氧化钠的量不同,溶液的成分也会随之改变:

当加入的氢氧化钠为0 mL时,溶液为:AlCl3、MgCl2和HCl。

当加入的氢氧化钠为20 mL时,溶液为:AlCl3、MgCl2和NaCl。

当加入的氢氧化钠为160 mL时,溶液为:NaCl。

则我们可以根据Na元素和Cl元素守恒得到关系式:

NaOH ~ NaCl ~HCl

1 1

160×10-3×5 n(HCl)

所以,我们可以很容易的得到盐酸的量:

n(HCl) = 160×10-3×5 = 0.8 mol

C(HCl) = n(HCl) / V(HCl)

= 0.8 mol / (100×10-3L)

=8 mol/L

通过上面两种方法的比较,我们不难得出,第二种方法更直观、更简单。而且,在有些关于“含铝元素的混合物计算”的问题中,利用第一种方法更是无从下手,而只能用第二种方法来解决,例如下面的这道题。

有5.1 g镁、铝合金,投入500 mL的2 mol/L HCl溶液中,金属全部溶解后,在加入4 mol/L NaOH溶液,若要求达到沉淀最大值,则加入的NaOH溶液应为多少毫升?

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