Question

7．欲測定鎂鋁合金中金屬鋁的百分含量
Ⅰ：甲同學利用圖1所給的儀器組成一套實驗裝置（儀器不一定全選，已知：室溫時的氣體摩爾體積為24.0L/mol）．

填寫下列各項（氣流從左到右）：
（1）裝置中導管W的作用是使分液漏斗中的壓強與錐形瓶中的一致，分液漏斗中的液體能夠順利流下．
（2）各種儀器的連接順序（填接口字母）是acbd．
（3）連接好儀器后，要進行以下操作，其先后順序是③②④①⑤（填序號）．
①待裝置中的溫度恢復至室溫；
②擦掉鎂鋁合金條表面的氧化膜，將其置于電子天平上稱量質量為0.39g，并將其投入錐形瓶中；
③檢查裝置的氣密性；
④旋開裝置A中分液漏斗的活塞，使其中的稀鹽酸順利流下，當合金條完全溶解時再關閉活塞，此時A中共加入稀鹽酸10mL；
⑤測得量筒中水的體積為480mL．
（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算合金中鋁的質量百分數(shù)69.2%（保留小數(shù)點后一位數(shù)字）．
（5）讀數(shù)時除上述①注意事項外，還應有量筒中液面與廣口瓶中液面相平、視線與量筒中凹液面相平．（寫出一點即可）
Ⅱ：乙同學的方案：稱量0.39g 鎂鋁合金條，放在如圖2所示裝置的惰性電熱板上，通電使其灼燒．欲計算鋁的百分含量，該實驗還需要測定的數(shù)據(jù)是生成物的質量．丙同學提出該實驗可能會存在較大誤差，其理由是合金沒有完全反應．
Ⅲ：丁同學另稱量3.9g的同樣的鎂鋁合金條，投入VmL 1mol/L的NaOH溶液中，充分反應后，過濾、洗滌、干燥、稱量固體質量，再計算鋁的含量，與甲同學的測量結果相同．寫出發(fā)生反應的離子方程式2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，計算NaOH溶液的體積V≥100mL．

Answer 1

分析 I：（1）通過導管W保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，從而打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下；
（2）發(fā)生裝置為A，排水法測量氣體體積時，應該進氣管短、出氣管長，測量氣體氣體時加入量筒的導管應該插入量筒底部，即：選用C裝置，據(jù)此連接導管；
（3）連接好裝置后首先檢查裝置氣密性，然后加入合金、開始反應，恢復到室溫后測量出排出水的體積，據(jù)此進行排序；
（4）設出合金中鋁和鎂的物質的量，分別根據(jù)總質量生成氣體的量列式計算，最后計算出合金中Al的質量分數(shù)；
（5）讀取排出液體體積時，必須在室溫下、視線與量筒中凹液面相平，且在相同壓強下，如：量筒中液面與廣口瓶中液面相平；
Ⅱ：已知合金的總質量，再測量出氧化物的質量，既可以計算出合金中鋁的質量及質量分數(shù)；該方法無法判斷金屬是否完全被氧化，會影響測量結果；
Ⅲ：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，據(jù)此寫出反應的離子方程式；根據(jù)（4）的計算結果計算出3.9g合金中含有鋁的物質的量，再結合反應方程式計算出消耗氫氧化鈉的物質的量，再根據(jù)V=$\frac{n}{c}$計算出需要氫氧化鈉溶液的體積，實際需要氫氧化鈉溶液的體積應大于或等于最大值．

解答 解：I：（1）裝置中導管W的作用是：保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進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：使分液漏斗中的壓強與錐形瓶中的一致，分液漏斗中的液體能夠順利流下；
（2）產生的氣體從導管a導出加入排水裝置B，a需要連接c導管才能排出水測量出氣體體積，加入量筒的導管應該伸入量筒底部，所以導管連接順序為：a c b d，
故答案為：acbd；                                                          
（3）連接好儀器后，先進行③檢查裝置的氣密性，然后②擦掉鎂鋁合金條表面的氧化膜，將其置于電子天平上稱量質量為0.39g，并將其投入錐形瓶中，再④旋開裝置A中分液漏斗的活塞，使其中的稀鹽酸順利流下，當合金條完全溶解時再關閉活塞，此時A中共加入稀鹽酸10mL，讓反應開始，必須①待裝置中的溫度恢復至室溫后，再進行⑤測得量筒中水的體積為480mL，所以操作順序為：③②④①⑤，
故答案為：③②④①⑤；
（4）設3.9g合金中含有xmolAl、ymolMg，則27x+24y=0.39，根據(jù)關系式2Al～3H₂、Mg～H₂可知生成氫氣得到物質的量為：1.5x+y=$\frac{0.48}{24}$=0.02，聯(lián)立解得：x=0.01、y=0.005，合金中鋁的質量分數(shù)為：$\frac{27g/mol×0.01mol}{0.39g}$×100%≈69.2%，
故答案為：69.2%；
（5）讀取量筒中排出的液體體積時，為了減小誤差，除了恢復到室溫下，還應該在同一壓強下，即：量筒中液面與廣口瓶中液面相平，還要滿足視線與量筒中凹液面相平，
故答案為：量筒中液面與廣口瓶中液面相平、視線與量筒中凹液面相平；
Ⅱ：乙同學稱量0.39g 鎂鋁合金條，放在如圖2所示裝置的惰性電熱板上，通電使其灼燒，通過測量灼燒后產物質量，即可計算出鋁的百分含量；若合金沒有完全反應，導致灼燒后產物的質量偏小，會產生較大誤差，
故答案為：生成物的質量；合金沒有完全反應；
Ⅲ：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應的離子方程式為：2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；  
由于與甲同學的測量結果相同，則3.9g合金中含有鋁的物質的量為：0.01mol×$\frac{3.9g}{0.39g}$=0.1mol，根據(jù)反應2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑可知，0.1mol鋁完全反應消耗氫氧化鈉的物質的量為：0.1mol×$\frac{2}{2}$=0.1mol，需要1mol/L的氫氧化鈉溶液的體積為：$\frac{0.1mol}{1mol/L}$=0.1L=100mL，
故答案為：2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；100．

點評 本題考查了探究合金中鋁的質量分數(shù)，題目難度較大，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力，明確實驗原理為解答關鍵，注意掌握化學實驗基本操作方法及鋁的化學性質．