Question

【題目】鋁鎂合金已成為飛機制造、化工生產等行業的重要材料。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]

〖實驗方案〗將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應，測定剩余固體質量。

（1）實驗中發生反應的化學方程式是___________________________。

（2）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，溶于V mL 2.0 mol/L NaOH溶液中。為使其反應完全，則NaOH溶液的體積V ≥ ______________。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]

〖實驗方案〗將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應，測定生成氣體在通常狀況（約20℃，1.01105Pa）的體積。

〖問題討論〗（3）同學們擬選用圖一實驗裝置完成實驗：

①你認為最簡易的裝置其連接順序是：A接（____）（_____）接（____）（ ）接（ ）（填接口字母，可不填滿。）②實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開分液漏斗可旋轉的活塞，一會兒后稀硫酸也不能順利滴入錐形瓶中。請你幫助分析原因_________________________。

③實驗結束時，在讀取測量實驗中生成氫氣的體積時，你認為最合理的是__________。（有幾個選幾個）。

A．等待實驗裝置冷卻后再讀數

B．上下移動量筒F，使其中液面與廣口瓶中液面相平

C．上下移動量筒G，使其中液面與廣口瓶中液面相平

D．視線與凹液面的最低點水平，讀取量筒中水的體積

（4）仔細分析實驗裝置后，同學們經討論認為以下兩點會引起較大誤差：稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶內空氣排出，使所測氫氣體積偏大；實驗結束時，連接廣口瓶和量筒的導管中有少量水存在，使所測氫氣體積偏小。于是他們設計了圖二的實驗裝置。

①裝置中導管a的作用是_________________________。

②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。（用含V1、V2的式子表達）

Answer 1

【答案】 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 97mL 偏高 E D G 鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大 ACD 使分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差 V1-V2

【解析】方案一：⑴.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：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；

⑵.含鎂為3%時，金屬鋁的含量最高，5.4g合金中鋁的質量為5.4g×(13%)=5.4×97% g，則：2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑

54g 2mol

5.4g×97% g V×103L×2.0mol/L

得54g:(5.4g×97% g)=2mol:(V×103L×2.0mol/L)，解得V=97，NaOH溶液的體積97mL；鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質，若未洗滌固體，會導致測定鎂的質量偏大，鎂的質量分數偏高；

故答案為：97mL；偏高；

方案二：⑶.①.合金與稀硫酸反應，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導管一定要短進長出，利用增大壓強原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內導管應伸入量筒底部，故連接順序為：(A)接(E)、(D)接(G)；

故答案為：E、D、G；

②.鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大，導致硫酸不能順利滴入錐形瓶；故答案為：鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；

③.反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；

故答案選ACD；

⑷.①.裝置中導管a的作用是：保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差，故答案為：使分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差；

②.滴定管的0刻度在上方，兩次讀取的體積數值之差為測定的氫氣的體積，收集氫氣后滴定管內液面上升，讀數減小，所以測定氫氣的體積為V1V2，故答案為：V1V2。