Question

18．鋁鎂合金已成為輪船制造、化工生產(chǎn)等行業(yè)的重要材料．研究性學習小組的三位同學，為測定某含鎂3%-5%的鋁鎂合金（不含其它元素）中鎂的質(zhì)量分數(shù)，設計下列三種不同實驗方案進行探究．填寫下列空白（可能用到的相對原子質(zhì)量：Al-27）
[探究一]實驗方案：鋁鎂合金$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測定剩余固體質(zhì)量．
實驗步驟：
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，投入VmL 2.0mol•L^-1NaOH溶液中，充分反應．NaOH溶液的體積V≥95ml．
（2）過濾、洗滌、干燥、稱量固體．該步驟中若未洗滌固體，測得鎂的質(zhì)量分數(shù)將偏高（“偏高”或“偏低”）
[探究二]實驗方案：鋁鎂合金$\stackrel{鹽酸}{→}$測定生成氣體的體積（實驗裝置如圖1）

問題討論：
為使測定結果盡可能精確，實驗中應注意的問題是（寫出可能的一點）：檢查裝置的氣密性；或合金完全溶解、或加入足量鹽酸，或調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平、或待冷卻至室溫再讀體積等．
[探究三]實驗方案：稱量m g鋁鎂合金粉末．放在如圖2所示裝置的惰性電熱板上，通電使其充分灼燒．
問題討論：欲計算Mg的質(zhì)量分數(shù)，該實驗中還需測定的數(shù)據(jù)是灼燒后固體的質(zhì)量．
[實驗拓展]請你另設計一個實驗方案，測定該鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)（書寫形式可以模仿探究一、二實驗方案）鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測定固體質(zhì)量或鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{足量氨水}{→}$測定固體質(zhì)量．

Answer 1

分析 【探究一】：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（1）鎂的質(zhì)量分數(shù)最小時，金屬鋁的質(zhì)量最大，需要的氫氧化鈉溶液最多，實際需要氫氧化鈉溶液的體積應大于或等于最大值，據(jù)此計算；
（2）鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導致測定的鎂的質(zhì)量偏大；
【探究二】：裝置的氣密性、合金是否完全溶解（或加入足量鹽酸，或調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平，待冷卻至室溫再讀體積）等會影響測定結果；
【探究三】：Mg、Al都能夠與氧氣化學反應生成氧化物；
【實驗拓展】測定該鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)也可以稱量一定量合金溶于足量鹽酸，溶液中加入過量氫氧化鈉溶液，過濾得到沉淀為氫氧化鎂沉淀，計算得到；也可以稱量一定量的合金加入足量鹽酸溶解后加入過量氨水過濾得到氫氧化鋁和氫氧化鎂沉淀質(zhì)量，依據(jù)元素守恒計算得到．

解答 解：【探究一】：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）含鎂為5%時，金屬鋁的含量最低，5.4g合金中鋁的質(zhì)量為，5.4g×（1-5%）=5.4×95%g，則：
     2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
     54g    2mol 
  5.4×95%g  V×10^-3L×2.0mol/L
所以54g：（5.4×95%g）=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），
解得：V=95mL，故V（NaOH溶液）≥95mL；
故答案為：95mL；
（2）鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導致測定的鎂的質(zhì)量偏大，鎂的質(zhì)量分數(shù)偏高，故答案為：偏高；
【探究二】：反應中裝置的氣密性、合金是否完全溶解都會影響測定結果，或加入足量鹽酸，或調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平、或待冷卻至室溫再讀體積等，
故答案為：檢查裝置的氣密性；或合金完全溶解、或加入足量鹽酸，或調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平、或待冷卻至室溫再讀體積等；
【探究三】
Mg、Al均與氧氣反應，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；
【實驗拓展】測定該鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)也可以稱量一定量合金溶于足量鹽酸，溶液中加入過量氫氧化鈉溶液，過濾得到沉淀為氫氧化鎂沉淀，計算得到；也可以稱量一定量的合金加入足量鹽酸溶解后加入過量氨水過濾得到氫氧化鋁和氫氧化鎂沉淀質(zhì)量，依據(jù)元素守恒計算得到，具體實驗方案為：鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測定固體質(zhì)量或鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{足量氨水}{→}$測定固體質(zhì)量，
故答案為：鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測定固體質(zhì)量或鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{足量氨水}{→}$測定固體質(zhì)量．

點評 本題考查物質(zhì)含量的測定、對實驗原理與裝置的理解、實驗方案設計等，難度中等，理解實驗原理是解題的關鍵，是對知識的綜合考查，需要學生具有知識的基礎與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力．