Question

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(xué)習(xí)小組為測(cè)定某含鎂3%-5%的鋁鎂合金（不含其它元素）中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究．
填寫(xiě)下列空白．
[實(shí)驗(yàn)方案]鋁鎂合金粉末

NaOH溶液

測(cè)定剩余固體質(zhì)量
[實(shí)驗(yàn)步驟]
步驟1：稱(chēng)取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，投入VmL2.0mol?L^-1NaOH溶液中，充分反應(yīng)．
步驟2：過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)量固體．
[交流與討論]
（1）實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

；
（2）參與反應(yīng)的NaOH溶液的體積V≥

 

；
（3）步驟2中，如果經(jīng)兩次過(guò)濾濾液仍渾濁，則原因可能是

 

（只填一點(diǎn)）；
（4）步驟2中，若未洗滌固體，測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將

 

（填“偏高”或“偏低”）．
[實(shí)驗(yàn)拓展]請(qǐng)你另設(shè)計(jì)-個(gè)實(shí)驗(yàn)方案（用上述方案的試劑），測(cè)定該鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
要求：從圖中挑選所需的儀器，畫(huà)出該方案的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖（添加必要的塞子、玻璃導(dǎo)管、膠皮管，固定裝置不用畫(huà)），并標(biāo)明所用試劑．

Answer 1

分析：（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；
（3）如果經(jīng)兩次過(guò)濾濾液仍渾濁，說(shuō)明過(guò)濾實(shí)驗(yàn)失敗，可能原因?yàn)闉V紙破損；過(guò)濾時(shí)漏斗里的液面高于濾紙邊緣；儀器不干凈等；
（4）鎂上會(huì)附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導(dǎo)致測(cè)定的鎂的質(zhì)量偏大；
（5）可以依據(jù)合金與氫氧化鈉反應(yīng)生成的氫氣，測(cè)定氫氣體積來(lái)計(jì)算鋁的質(zhì)量得到鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答：解：（1）鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應(yīng)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）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% V×10^-3L×2.0mol/L
所以54g：（5.4g×97%）=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），解得：V=97，故V（NaOH溶液）≥97mL，
故答案為：97mL；
（3）如果經(jīng)兩次過(guò)濾濾液仍渾濁，說(shuō)明過(guò)濾實(shí)驗(yàn)失敗，可能原因?yàn)闉V紙破損；過(guò)濾時(shí)漏斗里的液面高于濾紙邊緣；儀器不干凈等；
故答案為：濾紙破損（或過(guò)濾時(shí)漏斗里的液面高于濾紙邊緣或儀器不干凈等）；
（4）鎂上會(huì)附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導(dǎo)致測(cè)定的鎂的質(zhì)量偏大，鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，
故答案為：偏高；
（5）依據(jù)合金與氫氧化鈉反應(yīng)生成的氫氣，測(cè)定氫氣體積來(lái)計(jì)算鋁的質(zhì)量得到鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分析題干裝置可知需要利用試管和分液漏斗，雙孔塞，導(dǎo)氣管水槽，量筒來(lái)測(cè)定生成的氫氣體積，氫氣難溶于水，可以在量筒中采用排水法測(cè)定氫氣體積，裝置圖為：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查物質(zhì)含量的測(cè)定、對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與裝置的理解、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等，難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)知識(shí)的綜合考查，需要學(xué)生具有知識(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．