Question

【題目】研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)，為測定某含銅3%～5%的鋁銅合金（不含其它元素）中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)下列兩種不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。填寫下列空白。

[方案一]將鋁銅合金與足量NaOH溶液反應(yīng)，測定剩余固體質(zhì)量。

（1）實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是___。

（2）稱取5.4g鋁銅合金粉末樣品，溶于VmL2.0mol/LNaOH溶液中。為使其反應(yīng)完全，則NaOH溶液的體積V≥___mL。過濾、洗滌、干燥、稱量固體。該步驟中若未洗滌固體，測得銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將__（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）。

[方案二]將鋁銅合金與足量稀硫酸溶液反應(yīng)，用量筒或者量氣管測定生成氣體在通常狀況（約20℃，1.01×105Pa）的體積。

（3）同學(xué)們擬選用圖1實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，一會(huì)兒后稀硫酸也不能順利滴入錐形瓶.請你幫助分析原因___。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí) ，生成氫氣的體積近似等于___。

（5）錐形瓶中殘存的氫氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有影響___(填“有”“沒有”或“不能判斷”)

（6）同學(xué)們仔細(xì)分析圖1實(shí)驗(yàn)裝置后，經(jīng)討論認(rèn)為以下兩點(diǎn)會(huì)引起較大誤差：稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會(huì)將瓶內(nèi)空氣排出，使所測氫氣體積偏大；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，使所測氫氣體積偏小。于是他們設(shè)計(jì)了圖2的實(shí)驗(yàn)裝置。

①裝置中導(dǎo)管a的作用是___。

②實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確測定出實(shí)驗(yàn)前鋁銅合金質(zhì)量m1g，實(shí)驗(yàn)后鋁銅合金質(zhì)量m2g，產(chǎn)生的氣體體積為(V2-V1)ml。利用上述數(shù)據(jù)計(jì)算通常狀況下的氣體摩爾體積：Vm=___。

Answer 1

【答案】2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 97mL 偏高 鋁與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣使錐形瓶內(nèi)氣壓增大 進(jìn)入量筒中水的體積 沒有 平衡錐形瓶與分液漏斗內(nèi)的壓強(qiáng)，保證稀硫酸順利滴下；可以消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差 L·mol-1

【解析】

方案一：（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；

鎂上會(huì)附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導(dǎo)致測定的鎂的質(zhì)量偏大；

（3）鎂、鋁與稀硫酸反應(yīng)放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強(qiáng)變大；

（4）氣體的體積近似等于進(jìn)入量筒中水的體積；

（5）錐形瓶中殘存的氫氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響；

（6）①導(dǎo)管a可保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶內(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根據(jù)鋁和氫氣之間的關(guān)系式計(jì)算．

（1）鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，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）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%g V×10-3L×2.0mol·L－1

所以54g：（5.4g×97%g）=2mol：（V×10-3L×2.0mol·L－1），解得：V=97，故V（NaOH溶液）≥97mL；

（2）鎂上會(huì)附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導(dǎo)致測定的鎂的質(zhì)量偏大，鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高；

方案二：（3）鎂、鋁與稀硫酸反應(yīng)放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強(qiáng)變大，導(dǎo)致硫酸不能順利滴入錐形瓶；

（4）氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)導(dǎo)致水從集氣瓶中排出，且氫氣不易溶于水，所以收集到的水的體積近似等于氫氣的體積．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，生成氫氣的體積近似等于進(jìn)入量筒中水的體積。

（5）錐形瓶中殘存的氫氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響；

（6）①裝置中導(dǎo)管a的作用：能保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶內(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)中準(zhǔn)確測定出實(shí)驗(yàn)前鋁銅合金質(zhì)量m1g，實(shí)驗(yàn)后鋁銅合金質(zhì)量m2g，產(chǎn)生的氣體體積為(V2-V1)ml。

2Al+6H＋=2Al3＋+3H2↑．

2mol 3mol

mol mol

氣體摩爾體積：Vm=L·mol-1。