Question

鋁鎂合金已成為飛機制造、化工生產等行業(yè)的重要材料．研究性學習小組的同學，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．
[方案一]將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應，測定剩余固體質量．實驗中發(fā)生反應的化學方程式是

 

．
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，溶于V mL 2.0mol/L NaOH溶液中．為使其反應完全，則NaOH溶液的體積V≥

 

mL．
（2）實驗中，當鋁鎂合金充分反應后，在稱量剩余固體質量前，還需進行的實驗操作按順序依次為

 

[方案二]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．
（1）欲計算Mg的質量分數(shù)，該實驗中還需測定的數(shù)據(jù)是

 

（2）若用空氣代替O₂進行實驗，對測定結果是否影響？

 

（填“是”或“否”）
[方案三]將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應，測定生成氣體在通常狀況（約20℃，1.01×10⁵Pa）的體積．
（1）同學們擬選用下列實驗裝置（圖2）完成實驗：

①你認為最簡易的裝置其連接順序是：a接

 

接

 

接

 

（填接口字母，可不填滿．）
②實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開分液漏斗可旋轉的活塞，一會兒后稀硫酸也不能順利滴入錐形瓶中．請你幫助分析原因

 

．
③實驗結束時，在讀取測量實驗中生成氫氣的體積時，你認為最合理的是

 

．
A．待實裝驗置冷卻后再讀數(shù)
B．上下移動量筒f，使其液面與廣口瓶中液面相平，讀取量筒中水的體積
C．上下移動量筒g，使其液面與廣口瓶中液面相平，讀取量筒中水的體積
D．視線與凹液面的最低點相平，讀取量筒中水的體積
（2）仔細分析實驗裝置后，同學們經討論認為以下兩點會引起較大誤差：稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶內空氣排出，使所測氫氣體積偏大；實驗結束時，連接廣口瓶和量筒的導管中有少量水存在，使所測氫氣體積偏�。�于是他們設計了圖3所示的實驗裝置．
①裝置中導管a的作用是

 

．
②實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V₁ mL、V₂ mL．則產生氫氣的體積為

 

mL．

Answer 1

考點：探究物質的組成或測量物質的含量

專題：

分析：方案一：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（1）鎂的質量分數(shù)最小時，金屬鋁的質量最大，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）從溶液中分離出純凈的不溶物，需要通過過濾、洗滌和干燥的操作方法；
方案二：（1）Mg、Al都能夠與氧氣化學反應生成氧化物；
（2）用空氣代替O₂進行實驗，發(fā)生反應：3Mg+N₂

點燃  .

Mg₃N₂，2Mg+CO₂

點燃  .

2MgO+C，測定生成固體的質量變大；
方案三：（1）①裝置的組裝順序：合金與水反應，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導管一定要短進長出，增大壓強原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內導管應伸入量筒底部；
②鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；
③反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；
（2）①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；
②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（注意應保持干燥管與滴定管內液面等高），收集氫氣后滴定管內液面上升，讀數(shù)減�。�

解答： 解：方案一：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應的方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）含鎂為3%時，金屬鋁的含量最高，5.4g合金中鋁的質量為：5.4g×（1-3%）=5.4×97%g，則：
       2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
      54g   2mol 
5.4g×97%g   V×10^-3L×2.0mol/L
所以54g：（5.4g×97%g）=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），解得：V=97，故V（NaOH溶液）≥97mL；
故答案為：97；
（2）實驗中，當鋁鎂合金充分反應后，需要先進行過濾、洗滌、干燥操作后，再稱量剩余固體的質量，
故答案為：過濾、洗滌、干燥；
方案二：（1）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量，
故答案為：充分灼燒后固體的質量；
（2）若用空氣代替O₂進行實驗，3Mg+N₂

點燃  .

Mg₃N₂，2Mg+CO₂

點燃  .

2MgO+C，測定生成固體的質量變大，則鎂的質量分數(shù)偏高，
故答案為：是；
方案三：（1）①裝置的組裝順序：合金與水反應，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導管一定要短進長出，利用增大壓強原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內導管應伸入量筒底部，故連接順序為：a接e接d接g，
故答案為：e；d；g；
②鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大，導致硫酸不能順利滴入錐形瓶，
故答案為：鎂鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；
③反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；
故答案為：ACD；
（2）①裝置中導管a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：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；
②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液面讀數(shù)減小，所以測定氫氣的體積為V₁-V₂，故答案為：V₁-V₂．

點評：本題考查物質含量的測定、對實驗原理與裝置的理解、實驗方案設計等，題目難度中等，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．