Question

鋁鎂合金已成為飛機制造、化工生產等行業(yè)的重要材料．研究性學習小組的同學，為測定某含鎂3%～5%的鋁鎂合金（不含其它元素）中鎂的質量分數，設計下列兩種不同實驗方案進行探究．填寫下列空白．
方案一：將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應（已知2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，而鎂不與氫氧化鈉溶液反應），測定剩余固體質量．
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，溶于m g 質量分數為8%的NaOH溶液中．為保證合金反應完全，則NaOH溶液的體積V≧

 

mL．（假設NaOH溶液的密度為1g/mL）實驗室取一定量液體一般用量筒，如圖1中

 

（填序號）是量筒的一部分，在量取液體體積時，量筒必須放平，視線要與量筒內的液體

 

保持水平，再讀出液體體積數．
（2）過濾、洗滌、干燥、稱量固體．該步驟中若未洗滌固體，測得鎂的質量分數將

 

 （填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
方案二：他們設計了如圖2所示的實驗裝置．在分液漏斗中加入稀硫酸，用稀硫酸和鋁鎂合金反應．
（1）開始實驗時連接好裝置先要進行

 

（填一操作）
（2）裝置中導管a的作用是：

 

．
（3）裝置中右邊有刻度的長管叫堿式滴定管，其刻度示意圖如方案一第（1）題圖中③所示．若實驗前后堿式滴定管中液面讀數分別為V₁ mL、V₂ mL．則產生氫氣的體積為

 

mL．
（4）寫出有關發(fā)生反應的化學方程式①

 

②

 

【實驗反思】：裝置中如沒有導管a則測得氫氣的體積

 

（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．根據氫氣的體積V mL（氫氣密度已知）和鎂鋁合金樣品的質量

 

（填“能”“不能”）求出鎂鋁合金中鎂的質量分數．
（5）若用此方法測定某黃銅樣品（Cu和Zn的合金）中鋅的質量分數：現取黃銅樣品20g，加入93.7g稀硫酸恰好完全反應，測得氫氣的體積并根據氫氣的密度換算成氫氣的質量為0.2g，則：
①黃銅樣品中鋅的質量分數為

 

；
②反應后所得溶液的質量分數為

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質的組成成分以及含量,測量容器-量筒,有關溶質質量分數的簡單計算,金屬的化學性質,書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式,根據化學反應方程式的計算

專題：科學探究

分析：[方案一]（1）根據鎂的質量分數推求鋁的質量分數，根據鋁的最大質量求出所需氫氧化鈉溶液的體積．根據量筒的特點選擇量筒
（2）根據分離鎂的操作過程分析誤差
[方案二]（1）根據開始實驗時先要檢查裝置的氣密性；
（2）根據裝置的特點分析導管a的作用；
（3）根據堿式滴定管中液面示數分析；
（4）根據書寫方程式的原則書寫，根據實驗數據分析；
（5）寫出化學方程式并代入氫氣的質量即可計算出鋅的質量；由鋅的質量即可計算鋅的質量分數，寫出化學方程式并代入氫氣的質量即可計算出硫酸鋅的質量，進而計算反應后所得溶液的質量分數．

解答：解：[方案一]（1）鎂鋁合金中鎂占3%～5%，所以鋁占95%～97%，當鋁含量為97%時用的氫氧化鈉最多
設氫氧化鈉的體積最少為x
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂ +3H₂↑
54           80
5.4g×97%   x×1g/mL×8%

54

5.4g×97%

=

80

x×1g/mL×8%

x=97mL
量筒的最小刻度在下方，沒有0刻度，故選②；讀數時視線要與量筒內的液體 凹液面最低處保持水平．
（2）過濾、洗滌、干燥、稱量固體．若未洗滌固體，鎂表面混有偏鋁酸鈉固體，則鎂的質量偏大，鎂的質量分數將偏高；
[方案二]（1）開始實驗時連接好裝置先要進行檢查裝置氣密性：先連接好裝置，從堿式滴定管加水，若滴定管中的液面和左邊干燥管中的液面有穩(wěn)定的高度差，則裝置不漏氣
（2）裝置中導管a可保持錐形瓶和分液漏斗間的壓強恒定，使稀硫酸能順利滴下，和消除因稀硫酸的滴入引起的體積誤差．
（3）實驗前后堿式滴定管中液面讀數分別為V₁ mL、V₂ mL．則產生氫氣的體積為 V₁-V₂mL．
（4）鎂與硫酸反應生成硫酸鎂和氫氣，鋁與硫酸反應生成硫酸鋁和氫氣，化學方程式為Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄+H₂↑ 2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑
【實驗反思】：裝置中如沒有導管a無法消除因稀硫酸的滴入引起的體積，則測得氫氣的體積偏大；
先根據氫氣的體積換算出氫氣的質量，根據元素質量守恒，生成氫氣的質量即為硫酸中氫元素的質量，因此可得硫酸質量，從而得到稀硫酸的質量；
分別設鎂與硫酸反應生成氫氣的質量為y，則鋁與硫酸反應生成氫氣的質量為0.8g-y，根據方程式的計算求出鎂鋁合金中鎂的質量分數；
（5）設樣品中鋅的質量為X．
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
65        161   2
X         Y   0.2g 

65

X

=

2

0.2g

得：X=6.5g

161

Y

=

2

0.2g

Y=16.1g
樣品中鋅的質量分數=

6.5g

20g

×100%═32.5%．
（2）反應后所得溶液的質量分數為

16.1g

6.5g+93.7g-0.2g

×100%═16.1%．
故答案為：【方案一】（1）97； ②；凹液面最低處；（2）偏高　　　　　
【方案二】（1）檢查裝置氣密性．
（2）保持錐形瓶和分液漏斗間的壓強恒定，使稀硫酸能順利滴下和消除因稀硫酸的滴入引起的體積誤差
（3）V₁-V₂
（4）Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄+H₂↑；2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑；偏大；能；
（5）32.5%；16.1%

點評：本題考查與實驗相結合的化學方程式的計算，分析裝置特點，明確反應原理是解題關鍵．