Question

鋁鎂合金已成為飛機制造、化工生產(chǎn)等行業(yè)的重要材料．研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)，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(shè)計下列兩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(yīng)（已知2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，而鎂不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)），測定剩余固體質(zhì)量．
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，溶于m g 質(zhì)量分數(shù)為8%的NaOH溶液中．為保證合金反應(yīng)完全，則NaOH溶液的體積V≧

 

mL．（假設(shè)NaOH溶液的密度為1g/mL）實驗室取一定量液體一般用量筒，如圖1中

 

（填序號）是量筒的一部分，在量取液體體積時，量筒必須放平，視線要與量筒內(nèi)的液體

 

保持水平，再讀出液體體積數(shù)．
（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

 

 （填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
方案二：他們設(shè)計了如圖2所示的實驗裝置．在分液漏斗中加入稀硫酸，用稀硫酸和鋁鎂合金反應(yīng)．
（1）開始實驗時連接好裝置先要進行

 

（填一操作）
（2）裝置中導(dǎo)管a的作用是：

 

．
（3）裝置中右邊有刻度的長管叫堿式滴定管，其刻度示意圖如方案一第（1）題圖中③所示．若實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V₁ mL、V₂ mL．則產(chǎn)生氫氣的體積為

 

mL．
（4）寫出有關(guān)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式①

 

②

 

【實驗反思】：裝置中如沒有導(dǎo)管a則測得氫氣的體積

 

（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．根據(jù)氫氣的體積V mL（氫氣密度已知）和鎂鋁合金樣品的質(zhì)量

 

（填“能”“不能”）求出鎂鋁合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)．
（5）若用此方法測定某黃銅樣品（Cu和Zn的合金）中鋅的質(zhì)量分數(shù)：現(xiàn)取黃銅樣品20g，加入93.7g稀硫酸恰好完全反應(yīng)，測得氫氣的體積并根據(jù)氫氣的密度換算成氫氣的質(zhì)量為0.2g，則：
①黃銅樣品中鋅的質(zhì)量分數(shù)為

 

；
②反應(yīng)后所得溶液的質(zhì)量分數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量,測量容器-量筒,有關(guān)溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的簡單計算,金屬的化學(xué)性質(zhì),書寫化學(xué)方程式、文字表達式、電離方程式,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計算

專題：科學(xué)探究

分析：[方案一]（1）根據(jù)鎂的質(zhì)量分數(shù)推求鋁的質(zhì)量分數(shù)，根據(jù)鋁的最大質(zhì)量求出所需氫氧化鈉溶液的體積．根據(jù)量筒的特點選擇量筒
（2）根據(jù)分離鎂的操作過程分析誤差
[方案二]（1）根據(jù)開始實驗時先要檢查裝置的氣密性；
（2）根據(jù)裝置的特點分析導(dǎo)管a的作用；
（3）根據(jù)堿式滴定管中液面示數(shù)分析；
（4）根據(jù)書寫方程式的原則書寫，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析；
（5）寫出化學(xué)方程式并代入氫氣的質(zhì)量即可計算出鋅的質(zhì)量；由鋅的質(zhì)量即可計算鋅的質(zhì)量分數(shù)，寫出化學(xué)方程式并代入氫氣的質(zhì)量即可計算出硫酸鋅的質(zhì)量，進而計算反應(yīng)后所得溶液的質(zhì)量分數(shù)．

解答：解：[方案一]（1）鎂鋁合金中鎂占3%～5%，所以鋁占95%～97%，當(dāng)鋁含量為97%時用的氫氧化鈉最多
設(shè)氫氧化鈉的體積最少為x
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂ +3H₂↑
54           80
5.4g×97%   x×1g/mL×8%

54

5.4g×97%

=

80

x×1g/mL×8%

x=97mL
量筒的最小刻度在下方，沒有0刻度，故選②；讀數(shù)時視線要與量筒內(nèi)的液體 凹液面最低處保持水平．
（2）過濾、洗滌、干燥、稱量固體．若未洗滌固體，鎂表面混有偏鋁酸鈉固體，則鎂的質(zhì)量偏大，鎂的質(zhì)量分數(shù)將偏高；
[方案二]（1）開始實驗時連接好裝置先要進行檢查裝置氣密性：先連接好裝置，從堿式滴定管加水，若滴定管中的液面和左邊干燥管中的液面有穩(wěn)定的高度差，則裝置不漏氣
（2）裝置中導(dǎo)管a可保持錐形瓶和分液漏斗間的壓強恒定，使稀硫酸能順利滴下，和消除因稀硫酸的滴入引起的體積誤差．
（3）實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V₁ mL、V₂ mL．則產(chǎn)生氫氣的體積為 V₁-V₂mL．
（4）鎂與硫酸反應(yīng)生成硫酸鎂和氫氣，鋁與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和氫氣，化學(xué)方程式為Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄+H₂↑ 2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑
【實驗反思】：裝置中如沒有導(dǎo)管a無法消除因稀硫酸的滴入引起的體積，則測得氫氣的體積偏大；
先根據(jù)氫氣的體積換算出氫氣的質(zhì)量，根據(jù)元素質(zhì)量守恒，生成氫氣的質(zhì)量即為硫酸中氫元素的質(zhì)量，因此可得硫酸質(zhì)量，從而得到稀硫酸的質(zhì)量；
分別設(shè)鎂與硫酸反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量為y，則鋁與硫酸反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量為0.8g-y，根據(jù)方程式的計算求出鎂鋁合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)；
（5）設(shè)樣品中鋅的質(zhì)量為X．
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
65        161   2
X         Y   0.2g 

65

X

=

2

0.2g

得：X=6.5g

161

Y

=

2

0.2g

Y=16.1g
樣品中鋅的質(zhì)量分數(shù)=

6.5g

20g

×100%═32.5%．
（2）反應(yīng)后所得溶液的質(zhì)量分數(shù)為

16.1g

6.5g+93.7g-0.2g

×100%═16.1%．
故答案為：【方案一】（1）97； ②；凹液面最低處；（2）偏高　　　　　
【方案二】（1）檢查裝置氣密性．
（2）保持錐形瓶和分液漏斗間的壓強恒定，使稀硫酸能順利滴下和消除因稀硫酸的滴入引起的體積誤差
（3）V₁-V₂
（4）Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄+H₂↑；2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑；偏大；能；
（5）32.5%；16.1%

點評：本題考查與實驗相結(jié)合的化學(xué)方程式的計算，分析裝置特點，明確反應(yīng)原理是解題關(guān)鍵．