Question

18．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)小組的三位同學(xué)，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)下列三種不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究．填寫下列空白（可能用到的相對(duì)原子質(zhì)量：Al-27）
[探究一]實(shí)驗(yàn)方案：鋁鎂合金$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測(cè)定剩余固體質(zhì)量．
實(shí)驗(yàn)步驟：
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，投入VmL 2.0mol•L^-1NaOH溶液中，充分反應(yīng)．NaOH溶液的體積V≥95ml．
（2）過(guò)濾、洗滌、干燥、稱量固體．該步驟中若未洗滌固體，測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將偏高（“偏高”或“偏低”）
[探究二]實(shí)驗(yàn)方案：鋁鎂合金$\stackrel{鹽酸}{→}$測(cè)定生成氣體的體積（實(shí)驗(yàn)裝置如圖1）

問(wèn)題討論：
為使測(cè)定結(jié)果盡可能精確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題是（寫出可能的一點(diǎn)）：檢查裝置的氣密性；或合金完全溶解、或加入足量鹽酸，或調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平、或待冷卻至室溫再讀體積等．
[探究三]實(shí)驗(yàn)方案：稱量m g鋁鎂合金粉末．放在如圖2所示裝置的惰性電熱板上，通電使其充分灼燒．
問(wèn)題討論：欲計(jì)算Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)定的數(shù)據(jù)是灼燒后固體的質(zhì)量．
[實(shí)驗(yàn)拓展]請(qǐng)你另設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，測(cè)定該鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（書寫形式可以模仿探究一、二實(shí)驗(yàn)方案）鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測(cè)定固體質(zhì)量或鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{足量氨水}{→}$測(cè)定固體質(zhì)量．

Answer 1

分析 【探究一】：鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（1）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；
（2）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；
【探究二】：裝置的氣密性、合金是否完全溶解（或加入足量鹽酸，或調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平，待冷卻至室溫再讀體積）等會(huì)影響測(cè)定結(jié)果；
【探究三】：Mg、Al都能夠與氧氣化學(xué)反應(yīng)生成氧化物；
【實(shí)驗(yàn)拓展】測(cè)定該鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可以稱量一定量合金溶于足量鹽酸，溶液中加入過(guò)量氫氧化鈉溶液，過(guò)濾得到沉淀為氫氧化鎂沉淀，計(jì)算得到；也可以稱量一定量的合金加入足量鹽酸溶解后加入過(guò)量氨水過(guò)濾得到氫氧化鋁和氫氧化鎂沉淀質(zhì)量，依據(jù)元素守恒計(jì)算得到．

解答 解：【探究一】：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5%時(shí)，金屬鋁的含量最低，5.4g合金中鋁的質(zhì)量為，5.4g×（1-5%）=5.4×95%g，則：
     2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
     54g    2mol 
  5.4×95%g  V×10^-3L×2.0mol/L
所以54g：（5.4×95%g）=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），
解得：V=95mL，故V（NaOH溶液）≥95mL；
故答案為：95mL；
（2）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；
【探究二】：反應(yīng)中裝置的氣密性、合金是否完全溶解都會(huì)影響測(cè)定結(jié)果，或加入足量鹽酸，或調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平、或待冷卻至室溫再讀體積等，
故答案為：檢查裝置的氣密性；或合金完全溶解、或加入足量鹽酸，或調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平、或待冷卻至室溫再讀體積等；
【探究三】
Mg、Al均與氧氣反應(yīng)，生成金屬氧化物，則還需測(cè)定生成物的質(zhì)量，故答案為：灼燒后固體的質(zhì)量；
【實(shí)驗(yàn)拓展】測(cè)定該鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可以稱量一定量合金溶于足量鹽酸，溶液中加入過(guò)量氫氧化鈉溶液，過(guò)濾得到沉淀為氫氧化鎂沉淀，計(jì)算得到；也可以稱量一定量的合金加入足量鹽酸溶解后加入過(guò)量氨水過(guò)濾得到氫氧化鋁和氫氧化鎂沉淀質(zhì)量，依據(jù)元素守恒計(jì)算得到，具體實(shí)驗(yàn)方案為：鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測(cè)定固體質(zhì)量或鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{足量氨水}{→}$測(cè)定固體質(zhì)量，
故答案為：鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{NaOH溶液}{→}$測(cè)定固體質(zhì)量或鋁鎂合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{足量氨水}{→}$測(cè)定固體質(zhì)量．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(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．