Question

【題目】鋁鎂合金已成為輪船制造、化工生產等行業的重要材料。某研究性學習小組的三位同學，為測定某含鎂3%～5%的鋁鎂合金(不含其他元素)中鎂的質量分數，設計下列三種不同實驗方案進行探究。填寫下列空白。

探究一

實驗方案：鋁鎂合金測定剩余固體質量。實驗中發生反應的化學方程式是_______________________________________。

實驗步驟：

(1)稱取5.4 g鋁鎂合金粉末樣品，投入V mL 2.0 mol/L NaOH溶液中，充分反應。為保證合金充分反應，NaOH溶液的體積V≥________。

(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”或“偏低”)。

探究二

實驗方案：鋁鎂合金測定生成氣體的體積(實驗裝置如圖所示，)，問題討論：

(1)某同學提出該實驗裝置不夠完善，應在A、B之間添加一個干燥、除酸霧的裝置。你的意見是________(填“需要”或“不需要”)。

(2)為使測定結果盡可能精確，實驗中應注意的問題是(寫出兩點)：

①______________________________________，

②______________________________________。

探究三

實驗方案：稱量x g鋁鎂合金粉末，放在裝有足量氧氣的容器中惰性電熱板上，通電使其充分灼燒。

問題討論：

(1)欲計算Mg的質量分數，該實驗中還需測定的數據是__________________。

(2)若用空氣代替O2進行實驗，對測定結果是否有影響？________(填“是”或“否”)。

Answer 1

【答案】2H2O+2Al+2NaOH==2NaAlO2+3H2 ↑ V≥97ml 偏大 不需要 冷卻至室溫再讀數 讀數時，使量氣管左右液面相齊平 充分灼燒后固體粉末的質量 是

【解析】

探究一：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣；

（1）鎂的質量分數最小時，金屬鋁的質量最大，需要的氫氧化鈉溶液最多，實際需要氫氧化鈉溶液的體積應大于或等于最大值，據此計算；

（2）鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質，未洗滌導致測定的鎂的質量偏大；

探究二：（1）氯化氫極易溶于水，揮發的氯化氫不影響氫氣體積的測定結果，所以不需要加除酸霧裝置；

（2）裝置的氣密性、合金是否完全溶解（或加入足量鹽酸，或調整量氣管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）等會影響測定結果；

探究三：（1）Mg、Al都能夠與氧氣發生反應生成氧化物；

（2）用空氣代替O2進行實驗，發生反應：3Mg+N2Mg3N2，2Mg+CO22MgO+C，測定生成固體的質量變大。

探究一:鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應方程式為: 2H2O+2Al+2NaOH==2NaAlO2+3H2 ↑；
因此，本題正確答案是:2H2O+2Al+2NaOH==2NaAlO2+3H2 ↑。

（1）含鎂為3%時，金屬鋁的含量最高，5.4 g鋁鎂合金粉末樣品中鋁的質量為：5.4×（1-3%）=5.4×97%g；根據2H2O+2Al+2NaOH==2NaAlO2+3H2反應可知，2Al----2NaOH，所以54/2=5.4×97%/n(NaOH)，n(NaOH)=0.194mol，需要NaOH溶液的體積V=0.194 mol/2.0 mol/L=0.097L=97mL；為保證合金充分反應，NaOH溶液的體積V≥97mL；

綜上所述，本題答案是：V≥97mL。

（2）鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質,未洗滌導致測定的鎂的質量偏大,鎂的質量分數偏大；
因此，本題正確答案是:偏大。
探究二:（1）因為氯化氫極易溶于水,揮發的氯化氫不影響氫氣體積的測定結果,所以不需要加除酸霧裝置；
因此，本題正確答案是:不需要。
（2）反應中裝置的氣密性、合金是否完全溶解、量氣裝置的使用都會影響測定結果；因此為使測定結果盡可能精確，實驗中應注意的問題是：檢查裝置的氣密性，合金完全溶解(或加入足量鹽酸,或調整量氣管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合理答案)；

綜上所述，本題答案是：冷卻至室溫再讀數；讀數時，使量氣管左右液面相齊平。

探究三（1） Mg、Al均與氧氣反應，生成金屬氧化物，則還需測定生成物的質量，才能計算出Mg的質量分數；
綜上所述，本題答案是：充分灼燒后固體粉末的質量。

（2）若用空氣代替O2進行實驗，發生反應：3Mg+N2Mg3N2，2Mg+CO22MgO+C，測定生成固體的質量變大，則鎂的質量分數偏高；所以若用空氣代替O2進行實驗，對測定結果是有影響；

綜上所述，本題答案是：是。