Question

18．某研究性學(xué)習(xí)小組為測定某含鎂3%～5%的鋁鎂合金（不含其他元素）中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)了下列三種不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究，請根據(jù)他們的設(shè)計(jì)回答有關(guān)問題．
【探究一】實(shí)驗(yàn)方案：鋁鎂合金溶于NaOH溶液，測定剩余固體質(zhì)量．
問題討論：
（1）實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
（2）若實(shí)驗(yàn)中稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，投入V mL 2.0mol/L NaOH溶液中，充分反應(yīng)．則NaOH溶液的體積V mL≥97mL．
（3）實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)鋁鎂合金充分反應(yīng)后，在稱量剩余固體質(zhì)量前，還需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作按順序依次為過濾、洗滌、干燥固體．
【探究二】實(shí)驗(yàn)方案：稱量x g鋁鎂合金粉末，放在如圖1所示裝置的惰性電熱板上，通電使其充分灼燒．
問題討論：
（4）欲計(jì)算Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該實(shí)驗(yàn)中還需測定的數(shù)據(jù)是灼燒后固體的質(zhì)量．
（5）假設(shè)實(shí)驗(yàn)中測出該數(shù)據(jù)為y g，則原鋁鎂合金粉末中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{17x-9y}{2x}$（用含x、y的代數(shù)式表示）．
【探究三】實(shí)驗(yàn)方案：鋁鎂合金溶于稀硫酸，測定生成氣體的體積．
問題討論：
（6）同學(xué)們擬選用下邊圖2的實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為最簡易的裝置的連接順序是a接e、d接g（填接口字母，儀器不一定全選）．

Answer 1

分析 （1）鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（2）鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小時(shí)，金屬鋁的質(zhì)量最大，需要的氫氧化鈉溶液最多，實(shí)際需要?dú)溲趸�鈉溶液的體積應(yīng)大于或等于最大值，據(jù)此計(jì)算；
（3）根據(jù)反應(yīng)后為不溶物和溶液兩部分，要得到干燥固體需要的實(shí)驗(yàn)操作解答；
（4）根據(jù)Mg、Al都能夠與氧氣化學(xué)反應(yīng)生成氧化物分析還需要知道的數(shù)據(jù)；
（5）設(shè)出金屬鎂和鋁的物質(zhì)的量，根據(jù)合金的質(zhì)量和灼燒后的質(zhì)量列式計(jì)算出鎂的物質(zhì)的量，再計(jì)算出鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（6）根據(jù)裝置的組裝順序：合金與酸反應(yīng)，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導(dǎo)管一定要短進(jìn)長出進(jìn)行排序．

解答 解：（1）鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應(yīng)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）含鎂為3%時(shí)，金屬鋁的含量最高，5.4g合金中鋁的質(zhì)量為，5.4g×（1-3%）=5.4×97%g，則：
    2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂ +3H₂↑
    54g    2mol
5.4g×97%  V×10^-3L×2.0mol/L
54g：（5.4g×97%）=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），解得：V=97，故V（NaOH溶液）≥97mL，
故答案為：97；
（3）反應(yīng)后金屬鋁完全消耗，沒有反應(yīng)的為金屬鎂，稱量金屬鎂之前需要經(jīng)過過濾、洗滌、干燥操作，然后再稱量固體質(zhì)量，從而計(jì)算出合金中鎂的含量，
故答案為：過濾、洗滌、干燥固體；
（4）Mg、Al均與氧氣反應(yīng)，生成金屬氧化物，則還需測定生成物的質(zhì)量，
故答案為：灼燒后固體的質(zhì)量；
（5）設(shè)xg鋁鎂合金粉末中含有n mol鎂、zmol鋁，則24n+27z=x①，
再根據(jù)反應(yīng)關(guān)系式：Mg～MgO、Al～Al₂O₃，最后得到了yg氧化物，據(jù)此列式為：40n+51z=y②，
根據(jù)①②解得：z=$\frac{3y-5x}{18}$mol，鋁的質(zhì)量為：27g/mol×$\frac{3y-5x}{18}$mol=$\frac{9y-15x}{2}$g，合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{x-\frac{9y-15x}{2}}{x}$=$\frac{17x-9y}{2x}$，
故答案為：$\frac{17x-9y}{2x}$；
（6）裝置的組裝順序：合金與酸反應(yīng)，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導(dǎo)管一定要短進(jìn)長出，利用增大壓強(qiáng)原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內(nèi)導(dǎo)管應(yīng)伸入量筒底部，故連接順序?yàn)閍接e、d接g，
故答案為：e、d接g．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)含量的測定，為高頻考點(diǎn)，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對知識(shí)的綜合考查，要求學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)及綜合運(yùn)用知識(shí)分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．