Question

10．已知某混合金屬粉末中除鋁外還含有鐵、銅中的一種或兩種，所含金屬的量都在5%以上．請設計實驗探究該粉末中鐵、銅的存在．
資料在線：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成溶于水的偏鋁酸鈉和氫氣（2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑），鐵和銅不與氫氧化鈉溶液反應．
可供選擇的實驗用品：燒杯、大試管、量筒、滴管、燃燒匙、藥匙、磁鐵；稀硫酸、稀鹽酸、Na0H溶液、氨水．
請你參與并完成以下實驗探究過程：
Ⅰ、提出假設　　  假設1：該混合金屬粉末中除鋁外還含有Fe．
假設2：該混合金屬粉末中除鋁外還含有Cu．
假設3：該混合金屬粉末中除鋁外還含有Fe、Cu．
Ⅱ、設計并實施實驗方案
（1）基于假設1，不用化學試劑，證明金屬鐵的存在可用用磁鐵吸引金屬粉末，有粉末被吸附，證明含有鐵．
（2）基于假設2，將混合金屬粉末加入足量稀鹽酸，你觀察到的現象是有氣泡生成，剩余部分固體，反應的化學方程式為2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑．
（3）基于假設3，請你完成實驗操作，描述實驗現象．

實驗步驟	實驗操作（說明儀器和試劑）	實驗現象	結論
①	取少許粉末放入大試管中，再用滴管滴加足量（或過量）的NaOH溶液，充分反應后，靜置，棄去清液得到固體．	固體粉末部分溶解， 并有氣泡放出．	僅除去鋁
②	再往大試管中加足量（或過量）的稀硫酸（或稀鹽酸），充分反應．	固體部分溶解，氣泡放出， 溶液呈淺綠色．	證明含有鐵
③	將大試管靜置，棄去上層清液，加水，多次洗滌剩余固體	剩余固體呈紫紅色	證明含有銅

Ⅲ、已知該金屬粉末的組成為鋁和鐵、鋁和銅兩種情況．
（4）為測定混合金屬粉末中鋁的質量分數，將5.6g的金屬粉末中加入100g某溶質質量分數的稀硫酸，恰好完全反應，并產生a g氫氣，則下列說法正確的是CD
A．當粉末為Al、Fe時，a可能為0.2g
B．當粉末為Al、Cu時，反應完全后，生成物的溶液里一定含有Al₂（SO₄）₃和CuSO₄
C．當粉末為Al、Cu時，若a為0.3g，則該種粉末中含鋁的質量分數小于50%
D．當粉末為Al、Fe時，所需稀硫酸溶質質量分數一定大于9.8%

Answer 1

分析 Ⅰ、提出假設：根據粉末的可能組成，對粉末進行合理的猜想；
Ⅱ、設計并實施實驗方案：
（1）鐵能被磁鐵吸引，且該過程不產生新物質，屬于物理方法分離混合物；
（2）根據金屬鋁與銅活動性的差別，推斷與稀鹽酸混合可能出現的實驗現象，并寫出鋁與鹽酸反應的化學方程式；
（3）根據表格中實驗結論，獲取進行檢驗的實驗順序，利用鋁、鐵的性質，選擇試劑完成實驗操作，并根據操作推斷實驗現象；
（4）根據粉末的可能組成中的金屬的性質，利用實驗數據對可能的組成進行分析，判斷出符合實際情況的說法；

解答 解：Ⅰ、提出假設：粉末中可能含有鐵和銅，因此粉末的組成有三種可能，即除鋁外只含鐵、只含銅、或既含鐵又含銅；
Ⅱ、設計并實施實驗方案：
（1）用磁鐵對金屬粉末進行吸引，觀察到有粉末被吸引，說明粉末中含有鐵粉；
（2）取粉末加入稀鹽酸，觀察到有氣泡放出，充分反應后有紅色固體剩余，說明粉末中含有銅粉；
（3）利用鋁能與氫氧化鈉溶液反應的特點，首先利用氫氧化鈉溶液除去粉末中的鋁粉，可觀察到粉末部分溶解且放出氣體，排除對鐵粉檢驗時的干擾；然后利用锪能與酸發(fā)生反應而銅不能的性質，向濾渣中加入足量或是過量的稀硫酸（或稀鹽酸），可觀察到濾渣部分溶解且有氣體放出，同時溶液變成淺綠色；
III、（1）根據同樣質量的鐵粉完全反應產生氫氣質量小于鋁，所消耗硫酸的質量也小于鋁，而銅不能與硫酸反應，
A、根據鐵與硫酸反應的化學方程式可計算出若5.6g粉末全部為鐵即可放出0.2g氫氣，因此可判斷當粉末為Al、Fe時，a一定大于0.2g；故A不正確；
B、由于銅不能與硫酸發(fā)生反應，當粉末為Al、Cu時，反應完全后，生成物的溶液里一定只含有Al₂（SO₄）₃而不含CuSO₄；故B不正確；
C、當粉末為Al、Cu時，若a為0.3g，可計算5.6g粉末含有鋁的質量=0.3g÷$\frac{3}{27}$=2.7g，因此該種粉末中含鋁的質量分數小于50%；故C正確；
D、根據鐵與硫酸反應的化學方程式，5.6g鐵粉完全反應即需要消耗9.8g硫酸，此時所需稀硫酸溶質質量分數=$\frac{9.8g}{100g}$×100%=9.8%，因此當粉末為Al、Fe時，所需稀硫酸溶質質量分數一定大于9.8%；故D正確；
故答案為：
Ⅰ、Cu（或銅）
Ⅱ、設計并實施實驗方案
（1）用磁鐵吸引金屬粉末，有粉末被吸附，證明含有鐵
（2）有氣泡生成，剩余部分固體；2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑
（3）

實驗步驟	實驗操作（說明儀器和試劑）	實驗現象	結論
	足量（或過量）的NaOH溶液	部分溶解 氣泡放出
	足量（或過量）的稀硫酸（或稀鹽酸）	部分溶解，氣泡放出 呈淺綠色

（4）CD．

點評 一定量的金屬完全反應所放出氫氣的質量=$\frac{金屬化合價}{金屬的相對原子質量}$×金屬的質量，熟練掌握這種計算氫氣的方法，對于解決此類選擇性計算會較為方便．