Question

10．可利用以下方法測定鋁鎂合金（不含其它元素）組分含量
【實(shí)驗方案一】實(shí)驗方案：鋁鎂合金$\stackrel{稀硫酸}{→}$測定生成氣體的體積．
（1）利用如圖1裝置反應(yīng)．
①裝置中導(dǎo)管a的作用是使分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)相等，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下．
②測量收集到的氣體的體積時必須包括的幾個步驟：
a、調(diào)整量氣管高度，使其液面高度與水準(zhǔn)管液面高度相平；
b、使裝置內(nèi)的氣體冷卻至室溫；
c、讀取量氣管中氣體的體積．
這三步操作的正確順序是bac（請?zhí)顚懖襟E代號）．
③實(shí)驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別如圖2．則產(chǎn)生氫氣的體積為16.00mL．
【實(shí)驗方案二】實(shí)驗方案：鋁鎂合金$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測定剩余固體質(zhì)量．
（2）問題討論：①實(shí)驗中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
②若實(shí)驗中稱取4.05g 鋁鎂合金粉末樣品，投入VmL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的 NaOH溶液中（ρ=1g/cm³），充分反應(yīng)．則NaOH溶液的體積V≥120mL．
③實(shí)驗中當(dāng)鋁鎂合金充分反應(yīng)后，過濾、干燥（干燥時不發(fā)生化學(xué)變化）并稱量固體質(zhì)量，你認(rèn)為這樣測出的鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏�。ㄌ睢皽�(zhǔn)確”“偏大”或“偏小”），如果不準(zhǔn)確，應(yīng)該補(bǔ)充的操作是洗滌沉淀（若測量結(jié)果準(zhǔn)確，此空不填）．
【實(shí)驗方案三】：稱量一定質(zhì)量鋁鎂合金粉末，通純氧使其充分灼燒．
（3）若鋁鎂合金粉末為x g，完全反應(yīng)后測得固體質(zhì)量為yg，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代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 【實(shí)驗方案一】鎂和鋁與酸反應(yīng)生成的氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑，2Al+6H⁺=2AL³⁺+3H₂↑；
（1）①裝置中導(dǎo)管a可以平衡內(nèi)外壓強(qiáng)，使液體順利滴下；
②要準(zhǔn)確測量氣體體積必須保持量筒內(nèi)外氣體的溫度和壓強(qiáng)相等，因此在讀取量筒內(nèi)氣體的體積之前，應(yīng)使試管和量筒內(nèi)的氣體都冷卻至室溫；再調(diào)節(jié)量筒內(nèi)外液面高度使之相同；
③滴定管的數(shù)值零刻度在上方，兩次的體積之差為測定的氫氣的體積（注意應(yīng)保持干燥管與滴定管內(nèi)液面等高）；
【實(shí)驗方案二】實(shí)驗方案：鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成的氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+H₂↑；
（2）①鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣；
②根據(jù)c=$\frac{1000ρω}{M}$計算氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度，鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小時，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)此計算；
③合金與堿反應(yīng)，剩余固體的質(zhì)量為鎂的質(zhì)量，未進(jìn)行洗滌沉淀，鎂的質(zhì)量偏大，鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏�。谎a(bǔ)充的操作是洗滌沉淀；
【實(shí)驗方案三】：
（3）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)量列式計算出鎂的物質(zhì)的量，再計算出鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：【實(shí)驗方案一】鎂和鋁與酸反應(yīng)生成的氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑，2Al+6H⁺=2AL³⁺+3H₂↑；
（1）①分液漏斗上部和錐形瓶氣壓相通，可以保證恒壓滴液漏斗中的液體順利滴下，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下，
故答案為：使分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)相等，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下；
②因為排出的氣體是需要用排出的水的體積衡量的，而反應(yīng)前后的量筒溫度是不同的，因此，反應(yīng)終止應(yīng)該先停止加熱，待體系恢復(fù)到室溫時，才取出導(dǎo)管．這一步操作跟通常的實(shí)驗不同，所以停止加熱時導(dǎo)管的出口要高于量筒內(nèi)的液面，此時即使不取出導(dǎo)管而停止加熱，也不會造成水的倒吸；停止加熱、回到室溫后，將量筒下移以調(diào)節(jié)量筒內(nèi)的液面與水槽一致，此時量筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)也為大氣壓，讀數(shù)才是正確的；所以正確的操作順序為：b、使裝置內(nèi)的氣體冷卻至室溫；a、調(diào)整量氣管高度，使其液面高度與水準(zhǔn)管液面高度相平，c、讀取量氣管中氣體的體積，
故答案為：bac；
③滴定管的數(shù)值零刻度在上方，兩次的體積之差為測定的氫氣的體積，收集氫氣后滴定管內(nèi)液面讀數(shù)減小，反應(yīng)前滴定管讀數(shù)為18.50mL，反應(yīng)后滴定管讀數(shù)為2.50mL，所以測定氫氣的體積為：18.50mL-2.50mL=16.00mL，
故答案為：16.00；
【實(shí)驗方案二】實(shí)驗方案：鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成的氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+H₂↑；
（2）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質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的 NaOH溶液中（ρ=1g/cm³），c=$\frac{1000ρω}{M}$=$\frac{1000×1g/c{m}^{3}×5%}{40g/mol}$=1.25mol/L，
含鎂為零時，金屬鋁的含量最高，4.05g 合金中鋁的質(zhì)量為4.05g，則：
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54g      2mol
4.05g     n
所以54g：4.05g=2mol：n解得：n=0.15mol，V=$\frac{n}{c}$=$\frac{0.15mol}{1.25mol/L}$=120mL，
故V（NaOH溶液）≥120mL；
故答案為：120；  
③鋁和堿反應(yīng)，鎂和堿不反應(yīng)，若未洗滌過濾所得的不溶物鎂，鎂的質(zhì)量偏大，鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小，補(bǔ)充的操作是洗滌沉淀，
故答案為：偏��；洗滌沉淀；
【實(shí)驗方案三】：
（3）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：$\frac{17x-9y}{2x}$．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)含量的測定、對實(shí)驗原理與裝置的理解、實(shí)驗方案設(shè)計等，難度中等，理解實(shí)驗原理是解題的關(guān)鍵，是對知識的綜合考查，要求學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)及綜合運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力．