镁铝的专题计算(教师用)

南京师范大学附属扬子中学化学教学案
镁、铝专题计算（教师用）
例1.相同质量的镁条分别在氧气、氮气、空气中充分燃烧，所得固体的质量由大到小
的顺序是；过量的镁条分别在相同状况下，相同体积的氧气、氮气、空气中充分燃烧，生成的固体产物的质量由大到小的顺序是。

思路分析：本题假设空气是氧气和氮气的混合物，考查学生对MgO、Mg3N2的熟悉程度，用质量差量法可以来解决问题。

O2>空气>N2;N2>空气>O2
例2.将等物质的量的镁和铝相混合,取等质量该混合物四份,分别加到足量的下列溶
液中,充分反应后,放出氢气最多的是
A.3mol/LHCl
B.4mol/LHNO3
C.8mol/LNaOH
D.18mol/LH2SO4
思路分析：在镁、铝混合物中加入HNO3和浓H2SO4（两物质均具有强氧化性）都不能产生H2，加入NaOH溶液只有Al与NaOH溶液反应生成H2而与Mg不反应。

而加入HCl，Mg和Al都与盐酸反应生成H2，所以H2量最多。

答案：A
方法要领：该题溶液的浓度不是计算的数据，而是判断溶液属于“浓”或是“稀”。

8mol/L 以上的HCl、H2SO4、HNO3通常认为是浓酸。

解答时要注意：①等物质的量的铝和足量酸（非氧化性的酸）和碱反应放出的气体相同；
②镁、铝与硝酸反应不能生成氢气；③镁与浓硫酸（18mol/LH2SO4）反应生成SO2气体，铝与浓硫酸发生钝化（常温）；④镁与盐酸反应产生氢气，与NaOH溶液不发生反应。

记住Al与H+反应产生H2之间的物质的量的关系：
n(Al)～3n(H+)～n(OH-)～3/2n(H2)…
例3向20mL 某物质的量浓度的AlCl 3溶液中滴入
2mol/LNaOH 溶液时，得到的Al(OH)3沉淀质量与所加
NaOH 溶液体积（mL ）的关系如图所示，试回答下列问
题：
（1）图中A 点表示的意义是
（2）图中B 点表示的意义是
（3）上述两步总反应用总的离子方程式可表示为：
（4）若溶液中有Al(OH)3沉淀0.39g ，则此时用去NaOH 溶液的体积为 。

方法要领：有关图像的问题，通常的解法是“三看”：
一看起点：即加入极少量X 物质时，看能否产生沉淀。

二看终点：即加入过量的X 物质时，看所生成的沉淀能否全部消失。

前二“看”直观，难度较小，所以应先考虑。

第三“看“难度大些，要求正确书写出变化过程中的反应方程式，尤其是方程式中的化学计量数。

A 点表示得到Al(OH)3沉淀的最大值
B 点表示Al(OH)3沉淀完全溶解
Al 3++4OH -=AlO 2-+2H 2O
体积有两解V=7.5mL 或者V=17.5mL
【变式训练1】有氧化镁、氧化铝粉末18.2g 将它溶于500mL4mol/L 的盐酸里，若要使沉淀的质量达到最大值，则需加入2mol/L 的氢氧化钠溶液的体积为
A ．1000mL
B ．500mL
C ．100mL
D ．1500mL
根据题意，写出有关的化学反应方程式：
MgO+2HCl=MgCl 2+2H 2O
Al 2O 3+6H +=Al 3++3H 2O
MgCl 2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl
AlCl 3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl
依据化学方程式，仅当溶液中存在NaCl 时，镁铝全部以Mg(OH)2、Al(OH)3沉淀，沉淀的质量达到最大值，当nNaCl=nHCl 时沉淀的质量最大。

mL L V NaOH 100012
45.0==⨯= 【变式训练2】将5.1g 镁铝合金溶于60mL5.0mol/LH 2SO 4溶液中。

完全溶解后再加入65mL10.0mol/L 的NaOH 溶液，得到沉淀的质量9.7g ，继续滴加NaOH 溶液时沉淀会减少。

(1)当加入 mLNaOH 溶液，可使溶解在硫酸中的Mg 2+和Al 3+恰好完全沉淀。

(2)计算合金溶于硫酸时产生的氢气在标准状况下的体积。

思路分析：第一问直接运用结论，当沉淀的量达到最大值的时，溶液中只有Na 2SO 4， mL L V NaOH 6006.010
2506.0==⨯⨯= 首先我们判断硫酸是过量的，氢气不能直接用硫酸中的H +来算。

根据第一问的结论我们不难发现，当加入氢氧化钠溶液的体积为65mL 时，此时沉淀的质量不是最大值，有一部分的Al(OH)3被过量的5mLNaOH 溶解了。

设nMg=x, nAl=y;
m 沉淀=9.7+78×0.05=13.6g
mOH -=13.6-5.1=8.5g nOH -=0.5mol 2x+3y=0.5mol
nH 2=1/2x+3/2y=0.25mol VH 2=0.25×22.4=5.6L
【变式训练3】把一块镁铝合金投入到1mol/L HCl 溶液里,待合金完全溶解后,往溶液里加入1 mol/L NaOH 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右图A 所示:
(1)求a 的范围
(2)求()()
Al n Mg n 的最大值 思路分析：由图知，沉淀Al 3+和溶解Al(OH)3
所需NaOH 溶液的体积为（90-80）mL ×4=40
mL ，则沉淀Mg 2+和中和可能剩余的H+所需
NaOH 溶液的体积为50 mL ，即a 的范围是：
0≤a ＜50。

由图知n （Al ）=n ［Al(OH)3］=n （AlO 2-）=1 mol/L ×（90-80）×10-3 L=10-2 mol 。

要求n(Mg)/n(Al)最大值，实际上就是要求n(Mg)最大值，即a=0时，n(Mg)最大且为：1 mol/L×50×10-3 L/2=2.5×10-2 mol ，不难求出：n(Mg)/n(Al)=2.5×10-2mol/10-2mol=2.5。

【延伸·拓展】（1）将关系图改为B 图时,求a 的范围
思路分析：沉淀Al 3+、溶解Al(OH)3，需NaOH 溶液体积4(a-80)，使Mg 2+、Al 3+沉淀及Al(OH)3溶解需NaOH 溶液总体积为：(a-30)。

即a-30＞4(a-80),a ＜290/3 mL 。

故80＜a ＜290/3
（2）将关系图改为C 图时,求a 的范围
沉淀Al 3+溶解Al(OH)3，需NaOH 溶液体积4(90-a)mL ，而NaOH 用于沉淀和溶解沉淀总体积(90-30)mL ，即(90-30)＞4(90-a),a ＞75，故75＜a ＜90。

（3）如关系图改为D图时,求
()
()2=
Al
n
Mg
n
时,
2
1
a
a
的值. n(Al)=n(AlO2-)=n［Al(OH)3］=1×
(a2-a1)×10-3=(a2-a1)×10-3 mol，沉淀Al3+溶解Al(OH)3，需NaOH溶液体积4(a2-a1)×10-3 mol，沉淀Mg2+需NaOH a2×10-3 mol-4(a2-a1)×10-3mol=(4a1-3a2)×10-3 mol
n(Mg)= (4a1-3a2)×10-3/2 mol
由题意［(4a1-3a2)×10-3/2 mol］÷(a2-a1)×10-3 mol=2，a1/a2=7/8
【巩固练习】
1甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为甲:乙=1:2，则加入铝粉的质量为
A.5.4g
B.3.6g
C.2.7g
D.1.6g
思路分析：根据铝与盐酸和氢氧化钠溶液反应的方程式判断，若在含等物质的量的HCl 和NaOH溶液中分别加入足量的铝粉，产生的H2之比为1:3。

而题中为1:2，说明铝粉的量相对盐酸是过量的，而对NaOH是不足的。

与前者反应的铝粉是2.7g，则与后者反应的铝粉应为5.4g。

2．某研究性学习小组选用一种硬铝合金（主要含铝，其次是镁、硅、铜）进行实验探究。

向1.500g样品中加入足量盐酸，待反应完毕后，收集到标准状况下气体1736mL。

将反应混合物过滤，向滤液中加入过量的NaOH溶液，充分反应后再过滤；向滤液中通入足量的CO2，滤出沉淀。

将沉淀加热蒸干、灼烧，得白色固体2.550g。

请计算这种硬铝合金中含镁的质量分数。

[H2（Mg、Al）]=1.736L÷22.4L·mol-1=0.0775mol
n[H2（Al）]=（2.550g÷102g·mol-1）×3=0.0750mol
n[H2（Mg）]=0.0775mol—0.0750mol=0.0025mol
w（Mg）=（0.00250mol×24 g·mol-1）÷1.500g
=0.0400=4.00%
3.将一定质量的镁铝合金全部溶解在200mL盐酸中（体积变化不计），取10mL反应后的溶
液，用1mol/LNaOH溶液滴定得下图关系
(1)求Mg、Al的质量各是多少？
(2)求盐酸的物质的量浓度为多少？。