Question

7．欲測(cè)定鎂鋁合金中金屬鋁的百分含量
Ⅰ：甲同學(xué)利用圖1所給的儀器組成一套實(shí)驗(yàn)裝置（儀器不一定全選，已知：室溫時(shí)的氣體摩爾體積為24.0L/mol）．

填寫下列各項(xiàng)（氣流從左到右）：
（1）裝置中導(dǎo)管W的作用是使分液漏斗中的壓強(qiáng)與錐形瓶中的一致，分液漏斗中的液體能夠順利流下．
（2）各種儀器的連接順序（填接口字母）是acbd．
（3）連接好儀器后，要進(jìn)行以下操作，其先后順序是③②④①⑤（填序號(hào)）．
①待裝置中的溫度恢復(fù)至室溫；
②擦掉鎂鋁合金條表面的氧化膜，將其置于電子天平上稱量質(zhì)量為0.39g，并將其投入錐形瓶中；
③檢查裝置的氣密性；
④旋開(kāi)裝置A中分液漏斗的活塞，使其中的稀鹽酸順利流下，當(dāng)合金條完全溶解時(shí)再關(guān)閉活塞，此時(shí)A中共加入稀鹽酸10mL；
⑤測(cè)得量筒中水的體積為480mL．
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算合金中鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)69.2%（保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字）．
（5）讀數(shù)時(shí)除上述①注意事項(xiàng)外，還應(yīng)有量筒中液面與廣口瓶中液面相平、視線與量筒中凹液面相平．（寫出一點(diǎn)即可）
Ⅱ：乙同學(xué)的方案：稱量0.39g 鎂鋁合金條，放在如圖2所示裝置的惰性電熱板上，通電使其灼燒．欲計(jì)算鋁的百分含量，該實(shí)驗(yàn)還需要測(cè)定的數(shù)據(jù)是生成物的質(zhì)量．丙同學(xué)提出該實(shí)驗(yàn)可能會(huì)存在較大誤差，其理由是合金沒(méi)有完全反應(yīng)．
Ⅲ：丁同學(xué)另稱量3.9g的同樣的鎂鋁合金條，投入VmL 1mol/L的NaOH溶液中，充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌、干燥、稱量固體質(zhì)量，再計(jì)算鋁的含量，與甲同學(xué)的測(cè)量結(jié)果相同．寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，計(jì)算NaOH溶液的體積V≥100mL．

Answer 1

分析 I：（1）通過(guò)導(dǎo)管W保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)相等，從而打開(kāi)分液漏斗活塞時(shí)稀硫酸能順利滴下；
（2）發(fā)生裝置為A，排水法測(cè)量氣體體積時(shí)，應(yīng)該進(jìn)氣管短、出氣管長(zhǎng)，測(cè)量氣體氣體時(shí)加入量筒的導(dǎo)管應(yīng)該插入量筒底部，即：選用C裝置，據(jù)此連接導(dǎo)管；
（3）連接好裝置后首先檢查裝置氣密性，然后加入合金、開(kāi)始反應(yīng)，恢復(fù)到室溫后測(cè)量出排出水的體積，據(jù)此進(jìn)行排序；
（4）設(shè)出合金中鋁和鎂的物質(zhì)的量，分別根據(jù)總質(zhì)量生成氣體的量列式計(jì)算，最后計(jì)算出合金中Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（5）讀取排出液體體積時(shí)，必須在室溫下、視線與量筒中凹液面相平，且在相同壓強(qiáng)下，如：量筒中液面與廣口瓶中液面相平；
Ⅱ：已知合金的總質(zhì)量，再測(cè)量出氧化物的質(zhì)量，既可以計(jì)算出合金中鋁的質(zhì)量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)；該方法無(wú)法判斷金屬是否完全被氧化，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果；
Ⅲ：鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；根據(jù)（4）的計(jì)算結(jié)果計(jì)算出3.9g合金中含有鋁的物質(zhì)的量，再結(jié)合反應(yīng)方程式計(jì)算出消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=$\frac{n}{c}$計(jì)算出需要?dú)溲趸�鈉溶液的體積，實(shí)際需要?dú)溲趸�鈉溶液的體積應(yīng)大于或等于最大值．

解答 解：I：（1）裝置中導(dǎo)管W的作用是：保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)相等，打開(kāi)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，
故答案為：使分液漏斗中的壓強(qiáng)與錐形瓶中的一致，分液漏斗中的液體能夠順利流下；
（2）產(chǎn)生的氣體從導(dǎo)管a導(dǎo)出加入排水裝置B，a需要連接c導(dǎo)管才能排出水測(cè)量出氣體體積，加入量筒的導(dǎo)管應(yīng)該伸入量筒底部，所以導(dǎo)管連接順序?yàn)椋篴 c b d，
故答案為：acbd；                                                          
（3）連接好儀器后，先進(jìn)行③檢查裝置的氣密性，然后②擦掉鎂鋁合金條表面的氧化膜，將其置于電子天平上稱量質(zhì)量為0.39g，并將其投入錐形瓶中，再④旋開(kāi)裝置A中分液漏斗的活塞，使其中的稀鹽酸順利流下，當(dāng)合金條完全溶解時(shí)再關(guān)閉活塞，此時(shí)A中共加入稀鹽酸10mL，讓反應(yīng)開(kāi)始，必須①待裝置中的溫度恢復(fù)至室溫后，再進(jìn)行⑤測(cè)得量筒中水的體積為480mL，所以操作順序?yàn)椋孩邰冖堍佗荩?br />故答案為：③②④①⑤；
（4）設(shè)3.9g合金中含有xmolAl、ymolMg，則27x+24y=0.39，根據(jù)關(guān)系式2Al～3H₂、Mg～H₂可知生成氫氣得到物質(zhì)的量為：1.5x+y=$\frac{0.48}{24}$=0.02，聯(lián)立解得：x=0.01、y=0.005，合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{27g/mol×0.01mol}{0.39g}$×100%≈69.2%，
故答案為：69.2%；
（5）讀取量筒中排出的液體體積時(shí)，為了減小誤差，除了恢復(fù)到室溫下，還應(yīng)該在同一壓強(qiáng)下，即：量筒中液面與廣口瓶中液面相平，還要滿足視線與量筒中凹液面相平，
故答案為：量筒中液面與廣口瓶中液面相平、視線與量筒中凹液面相平；
Ⅱ：乙同學(xué)稱量0.39g 鎂鋁合金條，放在如圖2所示裝置的惰性電熱板上，通電使其灼燒，通過(guò)測(cè)量灼燒后產(chǎn)物質(zhì)量，即可計(jì)算出鋁的百分含量；若合金沒(méi)有完全反應(yīng)，導(dǎo)致灼燒后產(chǎn)物的質(zhì)量偏小，會(huì)產(chǎn)生較大誤差，
故答案為：生成物的質(zhì)量；合金沒(méi)有完全反應(yīng)；
Ⅲ：鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；  
由于與甲同學(xué)的測(cè)量結(jié)果相同，則3.9g合金中含有鋁的物質(zhì)的量為：0.01mol×$\frac{3.9g}{0.39g}$=0.1mol，根據(jù)反應(yīng)2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑可知，0.1mol鋁完全反應(yīng)消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：0.1mol×$\frac{2}{2}$=0.1mol，需要1mol/L的氫氧化鈉溶液的體積為：$\frac{0.1mol}{1mol/L}$=0.1L=100mL，
故答案為：2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；100．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，題目難度較大，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力，明確實(shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵，注意掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法及鋁的化學(xué)性質(zhì)．