Question

13．含鎂3%～5%的鎂鋁合金是輪船制造、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造等行業(yè)的重要原材料．現(xiàn)有一塊質(zhì)量為wg的鎂鋁合金，某研究性學(xué)習(xí)小組欲測(cè)定其中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
【查閱資料】已知鋁與NaOH溶液反應(yīng)生成易溶于水的偏鋁酸鈉（NaAl0₂）和H₂，化學(xué)方程式：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；鎂不與NaOH溶液反應(yīng)．氫氧化鋁能與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)生成易溶于水的偏鋁酸鈉（NaAlO₂）和H₂O，化學(xué)方程式為：Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O；氫氧化鎂不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)．
【提出猜想】利用鎂鋁與酸、鋁與堿、氫氧化鋁與堿反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)來(lái)測(cè)定合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
【設(shè)計(jì)方案】研究小組設(shè)計(jì)了不同的實(shí)驗(yàn)方案．
方案1：鎂鋁合金與過(guò)量鹽酸反應(yīng)測(cè)定生成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為V₁L；
方案2：鎂鋁合金與過(guò)量的NaOH溶液充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)量剩余固體的質(zhì)量為w₁g；
方案3：鎂鋁合金與過(guò)量鹽酸溶液反應(yīng)后再與過(guò)量NaOH溶液反應(yīng)，過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)量沉淀的質(zhì)量為w₂g
【問(wèn)題討論】請(qǐng)你參與研究小組的研究過(guò)程，并回答有關(guān)問(wèn)題：
（1）研究小組利用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，按照方案1進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)．
①裝置中儀器a的名稱(chēng)是圓底燒瓶．
②實(shí)驗(yàn)裝置中有一處明顯錯(cuò)誤，請(qǐng)指出廣口瓶中進(jìn)氣導(dǎo)管插入水中；排水導(dǎo)管未插至廣口瓶底部．
（2）方案2中剩余固體是鎂；若方案2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{{W}_{1}}{W}$×100%．
（3）方案3中“過(guò)濾”得到的沉淀是氫氧化鎂．
（4）某同學(xué)又設(shè)計(jì)了與上述方案原理不同的方案4，也能測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．請(qǐng)你在橫線(xiàn)上填寫(xiě)合適的內(nèi)容，將該方案補(bǔ)充完整．
方案4：鎂鋁合金與過(guò)量NaOH溶液反應(yīng)測(cè)定生成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為V₂L．
【方案評(píng)價(jià)】
（5）在實(shí)驗(yàn)方案1～4中你認(rèn)為最佳的實(shí)驗(yàn)方案是方案2．

Answer 1

分析 一般情況下，活潑金屬、金屬氧化物和堿只能和稀酸溶液反應(yīng)，不能和堿溶液反應(yīng)，但金屬鋁、氧化鋁和氫氧化鋁既能和酸溶液反應(yīng)，也能和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，因此利用這一點(diǎn)來(lái)證明鎂鋁合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）①根據(jù)圖示不難看出，儀器a指的是圓底燒瓶，故答案為：圓底燒瓶
②由于是根據(jù)排出的水的體積來(lái)測(cè)定生成的氣體的體積，因此廣口瓶中的進(jìn)氣管應(yīng)剛露出橡皮塞，而出氣管應(yīng)伸入到瓶底，故答案為：“廣口瓶中進(jìn)氣導(dǎo)管插入水中；排水導(dǎo)管未插至廣口瓶底部
（2）由于方案2是在鎂鋁合金中加入過(guò)量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)，只有金屬鋁可以和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成易溶于水的偏鋁酸鈉和氫氣，而鎂不參與反應(yīng)，因此剩余固體是金屬鎂，鎂的質(zhì)量是W₁g，因此合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{{W}_{1}}{W}$×100%，故答案為：鎂，$\frac{{W}_{1}}{W}$×100%；
（3）由于金屬鎂和鋁首先和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂和氯化鋁，而氯化鎂和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成難溶性的氫氧化鎂和氯化鈉，氯化鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)會(huì)生成難溶性的氫氧化鋁和氯化鈉，但是氫氧化鋁沉淀還能夠繼續(xù)和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成易溶于水的偏鋁酸鈉和水，因此最后得到的沉淀是氫氧化鎂，故答案為：氫氧化鎂
（4）根據(jù)題意不難知道，合金中的金屬鋁可以和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氣，而鎂不能，因此可以通過(guò)金屬鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成的氫氣的體積也可以計(jì)算出結(jié)果，故答案為：過(guò)量NaOH溶液
（5）在這四個(gè)方案中，只有方案2中測(cè)得的固體的質(zhì)量就是金屬鎂的質(zhì)量，而其他的方案中還得通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算才能得出金屬鎂的質(zhì)量，從而計(jì)算得出結(jié)果，故答案為：方案2．

點(diǎn)評(píng) 本題難度較大，主要考查了某些金屬的化學(xué)性質(zhì)及有關(guān)的化學(xué)方程式的計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和理解能力．