Question

18．某研究性學(xué)習(xí)小組為測定某鋁鎂合金（不含其他元素）中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)了下列兩種不同實(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：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．（密封裝置中氧氣足量）
問題討論：
（1）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)是鋁鎂合金充分灼燒后的固體質(zhì)量．
（2）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$\frac{17x-9y}{2x}$×100%（用含x、y的代數(shù)式表示）．
[探究二]實(shí)驗(yàn)方案：稱量x g鋁鎂合金粉末溶于稀硫酸，常溫下測定生成氣體的體積．
問題討論：
（3）同學(xué)們擬選用如圖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，．接．．（填接口字母，空格不一定填完，不夠可加）．
（4）同學(xué)們仔細(xì)分析（3）題中連接的實(shí)驗(yàn)裝置后，又設(shè)計(jì)了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置．
①裝置中導(dǎo)管a的作用是便于分液漏斗中稀硫酸順利流出（或平衡分液漏斗與錐形瓶中氣壓）
②反應(yīng)結(jié)束后發(fā)現(xiàn)量氣管的液面高于干燥管的液面，此時(shí)應(yīng)如何操作？（待產(chǎn)生H₂恢復(fù)至室溫時(shí)，）僅將量氣管慢慢下移至液面與干燥管中液面相平
③與圖3裝置相比，用圖2連接的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，若不考慮導(dǎo)管中液體體積的影響，測定鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“無影響”）．

Answer 1

分析 探究一實(shí)驗(yàn)原理為：鋁鎂合金粉末與氧氣充分反應(yīng)生成鎂和鋁的氧化物，根據(jù)鋁鎂的質(zhì)量和氧化后的氧化物的質(zhì)量通過列方程組法可以求得鎂、鋁的各自的質(zhì)量，據(jù)此計(jì)算和分析；
探究二實(shí)驗(yàn)原理為：利用鋁鎂合金粉末與足量的鹽酸反應(yīng)，測定產(chǎn)生氫氣的體積，根據(jù)鋁鎂合金粉末的質(zhì)量與產(chǎn)生氫氧的總體積列方程組可求得鎂、鋁的各自的質(zhì)量，
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，裝置的組裝順序：合金與稀硫酸反應(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，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；
（4）①保持分液漏斗內(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(shí)稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進(jìn)入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差；
②為了準(zhǔn)確測定氫氣的體積，量氣管的液面與干燥管的液面必須水平相齊，如果不等，可以通過調(diào)節(jié)量氣管的高度使液面水平相齊；
③與圖3裝置相比，用圖2連接的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，稀硫酸放入錐形瓶中會(huì)使收集到的氫氣的體積偏大，圖3中用了導(dǎo)管a消除了稀硫酸的體積對氫氣體積的影響，據(jù)此分析．

解答 解：探究一實(shí)驗(yàn)原理為：鋁鎂合金粉末與氧氣充分反應(yīng)生成鎂和鋁的氧化物，根據(jù)鋁鎂的質(zhì)量和氧化后的氧化物的質(zhì)量通過列方程組法可以求得鎂、鋁的各自的質(zhì)量，
（1）根據(jù)上面的分析可知，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)是鋁鎂合金充分灼燒后的固體質(zhì)量，
故答案為：鋁鎂合金充分灼燒后的固體質(zhì)量；
（2）設(shè)鋁鎂合金粉末中鎂的質(zhì)量a，鋁的質(zhì)量為b，則根據(jù)反應(yīng)可知產(chǎn)生的氧化鋁的質(zhì)量為$\frac{102}{54}$b=$\frac{51}{27}$b，氧化鎂的質(zhì)量為$\frac{40}{24}$a=$\frac{5}{3}$a，則題意得$\left\{\begin{array}{l}{a+b=x}\\{\frac{51}{27}b+\frac{5}{3}a=y}\end{array}\right.$，解得a=$\frac{17x-9y}{2}$，所以原鋁鎂合金粉末中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{a}{x}$×100%=$\frac{17x-9y}{2x}$×100%，
故答案為：$\frac{17x-9y}{2x}$×100%；
探究二實(shí)驗(yàn)原理為：利用鋁鎂合金粉末與足量的鹽酸反應(yīng)，測定產(chǎn)生氫氣的體積，根據(jù)鋁鎂合金粉末的質(zhì)量與產(chǎn)生氫氧的總體積列方程組可求得鎂、鋁的各自的質(zhì)量，
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，裝置的組裝順序：合金與水反應(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)椋海╝）接（e）、（d）接（g），
故答案為：e，d、g；
（4）①裝置中導(dǎo)管a的作用是：保持分液漏斗內(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(shí)稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進(jìn)入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差，
故答案為：便于分液漏斗中稀硫酸順利流出（或平衡分液漏斗與錐形瓶中氣壓）；
②為了準(zhǔn)確測定氫氣的體積，量氣管的液面與干燥管的液面必須水平相齊，如果不等，可以通過調(diào)節(jié)量氣管的高度使液面水平相齊，所以如果發(fā)現(xiàn)量氣管的液面高于干燥管的液面，可以（待產(chǎn)生H₂恢復(fù)至室溫時(shí)，）將量氣管慢慢下移至液面與干燥管中液面相平，
故答案為：（待產(chǎn)生H₂恢復(fù)至室溫時(shí)，）將量氣管慢慢下移至液面與干燥管中液面相平；
③圖3中用了導(dǎo)管a消除了稀硫酸的體積對氫氣體積的影響，與圖3裝置相比，用圖2連接的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，稀硫酸放入錐形瓶中會(huì)使收集到的氫氣的體積偏大，所以通過計(jì)算得到的鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小，
故答案為：偏�。�

點(diǎn)評(píng) 主要考查物質(zhì)含量的測定、對實(shí)驗(yàn)原理與裝置的理解、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等，難度中等，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，需要學(xué)生具有知識(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識(shí)分析問題、解決問題的能力．