Question

9．.某研究性學(xué)習(xí)小組為測(cè)定某含鎂3%一5%的鋁鎂合金（不含其它元素）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(qǐng)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$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測(cè)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VmL2.0mol/L NaOH溶液中，充分反應(yīng)．則NaOH溶液的體積V≥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xg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(cè)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(cè)出該數(shù)據(jù)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）．
[探究三]實(shí)驗(yàn)方案：鋁鎂合金$\stackrel{稀硫酸}{→}$測(cè)定生成氣體的體積．
問題討論：
（6）同學(xué)們擬選用下邊的實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為最簡(jiǎn)易的裝置如圖2其連接順序是：a接e、d接g．（填接口字母，儀器不一定全選．）
（7）同學(xué)們仔細(xì)分析（6）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．圖2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?jī)?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實(shí)驗(yàn)前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別如圖4，則產(chǎn)生氫氣的體積為16.00mL．
③與上左圖裝置相比，用（6）中連接的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，容易引起誤差的原因是由于稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會(huì)將瓶?jī)?nèi)空氣排出，使所測(cè)氫氣體積偏大；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，連接廣口瓶和量筒的導(dǎo)管中有少量水存在，使所測(cè)氫氣體積偏�。ㄈ螌懸稽c(diǎn)）．

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(cè)定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導(dǎo)管一定要短進(jìn)長(zhǎng)出進(jìn)行排序；
（7）①保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶?jī)?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滴定管的數(shù)值零刻度在上方，兩次的體積之差為測(cè)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），收集氫氣后滴定管內(nèi)液面上升，讀數(shù)減��；
③根據(jù)稀硫酸定容錐形瓶能夠?qū)⒖諝馀懦龇治觯?/p>

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
所以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(cè)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(cè)定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導(dǎo)管一定要短進(jìn)長(zhǎng)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接g；
（7）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?jī)?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：保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶?jī)?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滴定管的數(shù)值零刻度在上方，兩次的體積之差為測(cè)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(cè)定氫氣的體積為：18.50mL-2.50mL=16.00mL，
故答案為：16.00mL；
③由于稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會(huì)將瓶?jī)?nèi)空氣排出，使所測(cè)氫氣體積偏大；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，連接廣口瓶和量筒的導(dǎo)管中有少量水存在，使所測(cè)氫氣體積偏小，
故答案為：由于稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會(huì)將瓶?jī)?nèi)空氣排出，使所測(cè)氫氣體積偏大；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，連接廣口瓶和量筒的導(dǎo)管中有少量水存在，使所測(cè)氫氣體積偏�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)含量的測(cè)定、對(duì)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(duì)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．