Question

4．已知某合金粉末除含鋁外，還含有鐵、銅中的一種或兩種．某實(shí)驗(yàn)小組對(duì)合金粉末中鐵、銅的存在進(jìn)行探究時(shí)，誤把氫氧化鈉溶液當(dāng)成稀硫酸加入到合金粉末中，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)也有無(wú)色氣體產(chǎn)生．
【提出問(wèn)題】難道NaOH溶液也能與某些金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)嗎？
【查閱資料】（1）鋁能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，鐵、銅不能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)．
（2）鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑
（NaAlO₂易溶于水，溶液無(wú)色）．
【進(jìn)行猜想】猜想1：該合金粉末中除鋁外，還含有鐵．
猜想2：該合金粉末中除鋁外，還含有Cu．猜想3：該合金粉末中除鋁外，還含有鐵、銅．
【實(shí)驗(yàn)探究】下列實(shí)驗(yàn)僅供選用的試劑：20%的硫酸溶液、20%的NaOH溶液．

實(shí) 驗(yàn) 步 驟	實(shí) 驗(yàn) 現(xiàn) 象	結(jié) 論
①取一定量的合金粉末，加過(guò)量的20%的NaOH溶液，充分反應(yīng)后過(guò)濾，濾渣備用	粉末部分溶解，并有無(wú)色氣體放出	合金中一定含有鋁
②取步驟①所得濾渣，加過(guò)量20%的H2SO4溶液， 充分反應(yīng)	濾渣部分溶解，并有無(wú)色氣體放出，溶液呈淺綠色	合金中一定含有鐵，銅

【總結(jié)與反思】（3）猜想3成立．
（4）上述實(shí)驗(yàn)中用到的稀硫酸由濃硫酸稀釋得到，稀釋濃硫酸的方法是：將濃硫酸沿?zé)�杯壁慢慢注入水中，并不斷攪拌�?br />【探索與拓展】為進(jìn)一步確定上述合金粉末的組成，他們稱取其樣品40g，并均分為兩等分．向第一份中加入足量NaOH溶液，充分反應(yīng)后測(cè)得生成H₂的質(zhì)量為0.6g；向第二份中加入足量20%的硫酸溶液，完全反應(yīng)后，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥，稱得剩余固體的質(zhì)量為9.0g．計(jì)算：
（5）樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（6）第二份與20%的硫酸溶液反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體的質(zhì)量．

Answer 1

分析 【猜想】根據(jù)可能含有的物質(zhì)進(jìn)行組合分析；
【實(shí)驗(yàn)探究】根據(jù)題目資料中的信息：鋁會(huì)與堿反應(yīng)生成氫氣，而鐵和銅不會(huì)與堿反應(yīng)，根據(jù)鐵能與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體且溶液呈淺綠色，聯(lián)系題目中所給現(xiàn)象--濾渣溶解會(huì)生成氣體，且溶液顯淺綠色反應(yīng)進(jìn)行分析得知合金中有鐵；濾渣部分溶解，說(shuō)明有不與酸反應(yīng)的固體，銅在金屬活動(dòng)性順序中排在氫的后面，不能與酸反應(yīng)，得知合金中含有銅．
【總結(jié)與反思】
（4）稀釋濃硫酸的方法是教材上的知識(shí)，由于濃硫酸溶于水時(shí)放熱，所以要把濃硫酸沿?zé)�杯壁慢慢注入水中，并不斷攪拌�?br />（5）根據(jù)銅、鐵和氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（6）在金屬活動(dòng)性順序中，只有排在氫前面的金屬才能與酸反應(yīng)放出氫氣，排在氫后面的金屬，不能與酸反應(yīng)，其中銅排在氫的后面，不與酸反應(yīng)；

解答 解：【猜想】合金中除了含有鋁之外，還含有鐵、銅中的一種或兩種，結(jié)合題中的猜想可知還有銅，故答案為：銅；
【實(shí)驗(yàn)探究】鋁會(huì)與堿反應(yīng)生成氫氣，而鐵和銅不會(huì)與堿，濾渣溶解會(huì)生成氣體，且溶液顯淺綠色反應(yīng)，銅不會(huì)與酸反應(yīng)，可以先用氫氧化鈉鑒別鋁的存在，然后再根據(jù)與酸反應(yīng)時(shí)的現(xiàn)象鑒別鐵和銅的存在，故答案為：

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
①30%氫氧化鈉溶液	------	鋁
②20%的硫酸溶液	------	鐵、銅

（4）由于濃硫酸溶于水時(shí)放出大量的熱，所以要把濃硫酸沿?zé)�杯壁慢慢注入水中，并不斷攪拌．故答案為：濃硫酸沿�(zé)�杯壁慢慢注入水中�?br />（5）銅、鐵和氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，根據(jù)方程式知，鋁的質(zhì)量為x
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54                      6
x                       0.6g
$\frac{54}{x}=\frac{6}{0.6g}$
x=5.4g
由題意“其中一份加入到足量的20克稀硫酸中，合金部分溶解，有氣泡產(chǎn)生．反應(yīng)后過(guò)濾．得固體9克”可知，一份中銅的質(zhì)量為9克；
樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{20g-5.4g-9g}{20}×$100%=28%；
（6）由（5）可知：20g合金粉末中，鋁為5.4g，鐵5.6g
設(shè)5.6g生成氫氣的質(zhì)量為y
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，
56              2
5.6g             y
$\frac{56}{5.6g}=\frac{2}{y}$
y=0.2g
設(shè)5.4g生成氫氣的質(zhì)量為z
2Al+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑．
54                     6
5.4g                   z
$\frac{54}{5.4g}=\frac{6}{z}$
z=0.6g
第二份與20%的硫酸溶液反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體的質(zhì)量=0.2g+0.6g=0.8g
答案：
（1）猜想2   Cu；
[實(shí)驗(yàn)探究]

實(shí) 驗(yàn) 步 驟	實(shí) 驗(yàn) 現(xiàn) 象	結(jié) 論
①取一定量的合金粉末，加過(guò)量的 20%的 NaOH溶液，充分反應(yīng)后過(guò)濾，濾渣備用	粉末部分溶解，并有無(wú)色氣體放出	合金中一定含有 鋁
②取步驟①所得濾渣，加過(guò)量 20%的H2SO4溶液， 充分反應(yīng)	濾渣部分溶解，并有無(wú)色氣體放出，溶液呈淺綠色	合金中一定含有 鐵，銅

（4）將濃硫酸沿?zé)�杯壁慢慢注入水中�?br />（5）28%；
（6）0.8g；

點(diǎn)評(píng) 此題以實(shí)驗(yàn)探究的形式考查了金屬的化學(xué)性質(zhì)，在解此類題時(shí)，首先分析需要鑒別的物質(zhì)的性質(zhì)，然后結(jié)合題中的現(xiàn)象進(jìn)行逐一的鑒別．