Question

為測定鎂鋁合金（不含其它元素）中鋁的質量分數，甲乙兩個學習小組設計了下列兩種不同的實驗方案進行探究．請回答下列問題：
（一）甲組：
實驗原理：鎂鋁合金

足量NaOH溶液

測定剩余固體質量
實驗步驟：
①稱量   用托盤天平稱取2.7g鎂鋁合金粉末；
②溶解   把中藥品加入燒杯中，用規(guī)格為

 

mL的量筒量取一定體積1.25mol/L NaOH溶液加入燒杯中，不斷攪拌，充分反應：
③過濾；
④洗滌   若未對過濾所得不溶物進行洗滌，測得鋁得質量分數將

 

（填“偏高”、“偏低”或“不變”），證明不溶物已洗滌干凈得方法為

 

⑤干燥、稱量剩余固體
（二）乙組：
實驗原理：用等量的鎂鋁合金進行下述實驗：
鎂鋁合金

足量稀鹽酸

測定生成氣體的體積
鎂鋁合金

足量NaOH溶液

測定生成氣體的體積
實驗裝置：如圖．
實驗步驟：
①按圖連接好裝置；
②稱取兩份質量相等的鎂鋁合金樣品粉末，分別放入A裝置左右兩個管中，向B裝置中加入一定量的水，連接好A、B、C，然后調節(jié)C的高度使B和C中液面相平，記錄下此時量氣管液面讀數為10mL；
③用注射器向裝置A左側管中注入足量的稀鹽酸，待不再有氣泡產生時，調節(jié)裝置C的高度，使B和C中的液面相平，記錄下此時量氣管液面讀數為25mL；
④用另一注射器向裝置A右側管中注入足量的NaOH溶液，待不再有氣泡產生時，調節(jié)裝置C的高度，使B和C中的液面相平，記錄下此時量氣管液面讀數為35mL．
問題和討論：
（1）上述實驗步驟①和②之間必須加一步

 

的操作，具體方法為

 

．
（2）為使測定結果盡可能準確，實驗中還應注意的問題是

 

．
（3）步驟③和步驟④中產生氣體的體積比為

 

，合金中鋁的質量分數為

 

．

Answer 1

分析：（一）甲組②依據鋁和氫氧化鈉反應的化學方程式計算需要的氫氧化鈉溶液體積，依據溶液體積選擇量筒；
④固體表面沾有偏鋁酸鈉溶液，稱量剩余固體質量會偏大，測定鋁的質量分數減��；證明固體洗滌干凈的方法是驗證是否存在偏鋁酸鈉 溶液設計實驗驗證；
（二）乙組
（1）分析流程和步驟可知測定氣體體積的方法測定合金質量分數，裝置需要氣密性完好，應對裝置進行氣密性檢查；檢查裝置氣密性的方法是利用裝置中 壓強變化和液面變化設計；
（2）使B和C中的液面相平，后還需要冷卻溶液溫度到室溫讀取氣體體積；
（3）分析實驗過程可知開始量氣管是10ml，加入足量鹽酸，鎂和鋁全部反應生成氫氣，此時量氣管體積為25ml，說明生成氫氣為15ml；另一端加入氫氧化鈉溶液和鋁反應生成氫氣，最后量氣管讀數為35ml，說明生成氫氣體積為10ml；依據數據和反應生成氫氣的量計算合金中鋁的質量分數；

解答：解：（一）甲組：
②依據化學方程式計算，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+H₂↑，2.7g鎂鋁合金全部是鋁的質量，物質的量為0.1mol，需要氫氧化鈉物質的量0.1mol，所以氫氧化鈉溶液體積=

0.1mol

1.25mol/L

=0.08L=80ml，依據選擇量筒的原則是大而近，應選擇100ml的量筒；
故答案為：100；
④固體表面沾有偏鋁酸鈉溶液，稱量剩余固體質量會偏大，測定鋁的質量分數減小，測定質量分數偏低；證明固體洗滌干凈的方法是驗證是否存在偏鋁酸鈉溶液設計實驗驗證，實驗設計為：取少量洗滌液逐滴加入稀鹽酸至過量，若整個過程未出現沉淀則說明洗滌干凈；
故答案為：偏低，取少量洗滌液逐滴加入稀鹽酸至過量，若整個過程未出現沉淀則說明洗滌干凈；
（二）乙組
（1）分析流程和步驟可知測定氣體體積的方法測定合金質量分數，裝置需要氣密性完好，應對裝置進行氣密性檢查；檢查方法為：向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，靜置一會兒，若液面不發(fā)生變化則氣密性良好；
故答案為；檢查氣密性，向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，靜置一會兒，若液面不發(fā)生變化則氣密性良好；
（2）使B和C中的液面相平，后還需要冷卻溶液溫度到室溫讀取氣體體積，避免熱溶液對讀數產生誤差；
故答案為：用量氣管量氣前氣體是否冷卻到室溫；
（3）分析實驗過程可知開始量氣管是10ml，加入足量鹽酸，鎂和鋁全部反應生成氫氣，此時量氣管體積為25ml，說明生成氫氣為15ml；另一端加入氫氧化鈉溶液和鋁反應生成氫氣，最后量氣管讀數為35ml，說明生成氫氣體積為10ml，得到步驟③和步驟④中產生氣體的體積比為15：10=3；2；依據化學方程式計算鋁的質量分數，設合金中 鎂物質的量為x，鋁物質的量為y：
Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑，
1              1
x              x
2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑，
2                3
y                 1.5y
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
2                       3
y                       1.5y
x+1.5y=15
1.5y=10
x=5 mol
y=6.7mol
鋁的質量分數=

6.7mol×27g/mol

6.7mol×27g/mol+5mol×24g/mol

×100%=60%
故答案為：3：2，60%；

點評：本題考查了實驗探究物質組成的實驗設計和過程分析判斷，掌握基礎和 實驗基本操作是關鍵，題目難度中等．