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10.已知某混合金属粉末中除铝外还含有铁、铜中的一种或两种,所含金属的量都在5%以上.请设计实验探究该粉末中铁、铜的存在.
资料在线:铝与氢氧化钠溶液反应生成溶于水的偏铝酸钠和氢气(2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑),铁和铜不与氢氧化钠溶液反应.
可供选择的实验用品:烧杯、大试管、量筒、滴管、燃烧匙、药匙、磁铁;稀硫酸、稀盐酸、Na0H溶液、氨水.
请你参与并完成以下实验探究过程:
Ⅰ、提出假设    假设1:该混合金属粉末中除铝外还含有Fe.
假设2:该混合金属粉末中除铝外还含有Cu.
假设3:该混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu.
Ⅱ、设计并实施实验方案
(1)基于假设1,不用化学试剂,证明金属铁的存在可用用磁铁吸引金属粉末,有粉末被吸附,证明含有铁.
(2)基于假设2,将混合金属粉末加入足量稀盐酸,你观察到的现象是有气泡生成,剩余部分固体,反应的化学方程式为2Al+6HCl═2AlCl3+3H2↑.
(3)基于假设3,请你完成实验操作,描述实验现象.
实验步骤实验操作(说明仪器和试剂)实验现象结论
   取少许粉末放入大试管中,再用滴管滴加足量(或过量)的NaOH溶液,充分反应后,静置,弃去清液得到固体.固体粉末部分溶解,
并有气泡放出.
仅除去铝
   再往大试管中加足量(或过量)的稀硫酸(或稀盐酸),充分反应.固体部分溶解,气泡放出,
溶液呈浅绿色.
证明含有铁
将大试管静置,弃去上层清液,加水,多次洗涤剩余固体剩余固体呈紫红色证明含有铜
Ⅲ、已知该金属粉末的组成为铝和铁、铝和铜两种情况.
(4)为测定混合金属粉末中铝的质量分数,将5.6g的金属粉末中加入100g某溶质质量分数的稀硫酸,恰好完全反应,并产生a g氢气,则下列说法正确的是CD
A.当粉末为Al、Fe时,a可能为0.2g
B.当粉末为Al、Cu时,反应完全后,生成物的溶液里一定含有Al2(SO43和CuSO4
C.当粉末为Al、Cu时,若a为0.3g,则该种粉末中含铝的质量分数小于50%
D.当粉末为Al、Fe时,所需稀硫酸溶质质量分数一定大于9.8%

分析 Ⅰ、提出假设:根据粉末的可能组成,对粉末进行合理的猜想;
Ⅱ、设计并实施实验方案:
(1)铁能被磁铁吸引,且该过程不产生新物质,属于物理方法分离混合物;
(2)根据金属铝与铜活动性的差别,推断与稀盐酸混合可能出现的实验现象,并写出铝与盐酸反应的化学方程式;
(3)根据表格中实验结论,获取进行检验的实验顺序,利用铝、铁的性质,选择试剂完成实验操作,并根据操作推断实验现象;
(4)根据粉末的可能组成中的金属的性质,利用实验数据对可能的组成进行分析,判断出符合实际情况的说法;

解答 解:Ⅰ、提出假设:粉末中可能含有铁和铜,因此粉末的组成有三种可能,即除铝外只含铁、只含铜、或既含铁又含铜;
Ⅱ、设计并实施实验方案:
(1)用磁铁对金属粉末进行吸引,观察到有粉末被吸引,说明粉末中含有铁粉;
(2)取粉末加入稀盐酸,观察到有气泡放出,充分反应后有红色固体剩余,说明粉末中含有铜粉;
(3)利用铝能与氢氧化钠溶液反应的特点,首先利用氢氧化钠溶液除去粉末中的铝粉,可观察到粉末部分溶解且放出气体,排除对铁粉检验时的干扰;然后利用锪能与酸发生反应而铜不能的性质,向滤渣中加入足量或是过量的稀硫酸(或稀盐酸),可观察到滤渣部分溶解且有气体放出,同时溶液变成浅绿色;
III、(1)根据同样质量的铁粉完全反应产生氢气质量小于铝,所消耗硫酸的质量也小于铝,而铜不能与硫酸反应,
A、根据铁与硫酸反应的化学方程式可计算出若5.6g粉末全部为铁即可放出0.2g氢气,因此可判断当粉末为Al、Fe时,a一定大于0.2g;故A不正确;
B、由于铜不能与硫酸发生反应,当粉末为Al、Cu时,反应完全后,生成物的溶液里一定只含有Al2(SO43而不含CuSO4;故B不正确;
C、当粉末为Al、Cu时,若a为0.3g,可计算5.6g粉末含有铝的质量=0.3g÷$\frac{3}{27}$=2.7g,因此该种粉末中含铝的质量分数小于50%;故C正确;
D、根据铁与硫酸反应的化学方程式,5.6g铁粉完全反应即需要消耗9.8g硫酸,此时所需稀硫酸溶质质量分数=$\frac{9.8g}{100g}$×100%=9.8%,因此当粉末为Al、Fe时,所需稀硫酸溶质质量分数一定大于9.8%;故D正确;
故答案为:
Ⅰ、Cu(或铜)
Ⅱ、设计并实施实验方案
(1)用磁铁吸引金属粉末,有粉末被吸附,证明含有铁
(2)有气泡生成,剩余部分固体;2Al+6HCl═2AlCl3+3H2
(3)

实验步骤实验操作(说明仪器和试剂)实验现象结论
 足量(或过量)的NaOH溶液部分溶解
气泡放出
 
 足量(或过量)的稀硫酸(或稀盐酸)部分溶解,气泡放出
呈浅绿色
 
(4)CD.

点评 一定量的金属完全反应所放出氢气的质量=$\frac{金属化合价}{金属的相对原子质量}$×金属的质量,熟练掌握这种计算氢气的方法,对于解决此类选择性计算会较为方便.

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