Question

9．.某研究性學習小組為測定某含鎂3%一5%的鋁鎂合金（不含其它元素）中鎂的質(zhì)量分數(shù)，設(shè)計了下列三種不同實驗方案進行探究，請根據(jù)他們的設(shè)計回答有關(guān)問題．
【探究一】實驗方案：鋁鎂合金$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測定剩余固體質(zhì)量
問題討論：（1）實驗中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
（2）若實驗中稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，投入VmL2.0mol/L NaOH溶液中，充分反應(yīng)．則NaOH溶液的體積V≥97mL．
（3）實驗中，當鋁鎂合金充分反應(yīng)后，在稱量剩余固體質(zhì)量前，還需進行的實驗操作按順序依次為過濾、洗滌、干燥固體．
【探究二】實驗方案：稱量xg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．
問題討論：（4）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．

（5）假設(shè)實驗中測出該數(shù)據(jù)為yg，則原鋁鎂合金粉末中鎂的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{17x-9y}{2x}$（用含x、y代數(shù)式表示）．
[探究三]實驗方案：鋁鎂合金$\stackrel{稀硫酸}{→}$測定生成氣體的體積．
問題討論：
（6）同學們擬選用下邊的實驗裝置完成實驗，你認為最簡易的裝置如圖2其連接順序是：a接e、d接g．（填接口字母，儀器不一定全選．）
（7）同學們仔細分析（6）中連接的實驗裝置后，又設(shè)計了如圖3所示的實驗裝置．圖2裝置中導(dǎo)管a的作用是保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強與錐形瓶內(nèi)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實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別如圖4，則產(chǎn)生氫氣的體積為16.00mL．
③與上左圖裝置相比，用（6）中連接的裝置進行實驗時，容易引起誤差的原因是由于稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶內(nèi)空氣排出，使所測氫氣體積偏大；實驗結(jié)束時，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（任寫一點）．

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(yīng)大于或等于最大值，據(jù)此計算；
（3）根據(jù)反應(yīng)后為不溶物和溶液兩部分，要得到干燥固體需要的實驗操作解答；
（4）根據(jù)Mg、Al都能夠與氧氣化學反應(yīng)生成氧化物分析還需要知道的數(shù)據(jù)；
（5）設(shè)出金屬鎂和鋁的物質(zhì)的量，根據(jù)合金的質(zhì)量和灼燒后的質(zhì)量列式計算出鎂的物質(zhì)的量，再計算出鎂的質(zhì)量分數(shù)；
（6）根據(jù)裝置的組裝順序：合金與酸反應(yīng)，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導(dǎo)管一定要短進長出進行排序；
（7）①保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強與錐形瓶內(nèi)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(yīng)保持干燥管與滴定管內(nèi)液面等高），收集氫氣后滴定管內(nèi)液面上升，讀數(shù)減�。�
③根據(jù)稀硫酸定容錐形瓶能夠?qū)⒖諝馀懦龇治觯?/p>

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↑；
（2）含鎂為3%時，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：97；
（3）反應(yīng)后金屬鋁完全消耗，沒有反應(yīng)的為金屬鎂，稱量金屬鎂之前需要經(jīng)過過濾、洗滌、干燥操作，然后再稱量固體質(zhì)量，從而計算出合金中鎂的含量，
故答案為：過濾、洗滌、干燥固體；
（4）Mg、Al均與氧氣反應(yīng)，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；
（5）設(shè)xg鋁鎂合金粉末中含有n mol鎂、zmol鋁，則24n+27z=x①，
再根據(jù)反應(yīng)關(guān)系式：Mg～MgO、Al～Al₂O₃，最后得到了yg氧化物，據(jù)此列式為：40n+51z=y②，
根據(jù)①②解得：z=$\frac{3y-5x}{18}$mol，鋁的質(zhì)量為：27g/mol×$\frac{3y-5x}{18}$mol=$\frac{9y-15x}{2}$g，合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{x-\frac{9y-15x}{2}}{x}$=$\frac{17x-9y}{2x}$，
故答案為：$\frac{17x-9y}{2x}$；
（6）裝置的組裝順序：合金與酸反應(yīng)，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導(dǎo)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(nèi)導(dǎo)管應(yīng)伸入量筒底部，故連接順序為：（a）接（e）（d）接（g），
故答案為：e、d接g；
（7）①裝置中導(dǎo)管a的作用是：保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強與錐形瓶內(nèi)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(nèi)氣體壓強與錐形瓶內(nèi)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(nèi)液面讀數(shù)減小，反應(yīng)前滴定管讀數(shù)為18.50mL，反應(yīng)后滴定管讀數(shù)為2.50mL，所以測定氫氣的體積為：18.50mL-2.50mL=16.00mL，
故答案為：16.00mL；
③由于稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶內(nèi)空氣排出，使所測氫氣體積偏大；實驗結(jié)束時，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，
故答案為：由于稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶內(nèi)空氣排出，使所測氫氣體積偏大；實驗結(jié)束時，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．

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(shè)計等，難度中等，理解實驗原理是解題的關(guān)鍵，是對知識的綜合考查，要求學生具有扎實的基礎(chǔ)及綜合運用知識分析問題、解決問題的能力．