Question

1．某铝合金（硬铝）中含有铝、镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，有人设计了如图实验：

（1）补全上述①②③各步反应的离子方程式
①Mg+2H⁺═Mg²⁺+H₂↑，2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑
②H⁺+OH^-=H₂O，Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O  Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓
③OH^-+CO₂=HCO₃^-；CO₂+AlO₂^-+H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（2）计算该样品中铝的质量分数：$\frac{54b}{102a}$×100%
（3）第②步中加入Na0H溶液不足时，会使测定结果偏低；第④步对沉淀灼烧不充分时，会使测定结果偏高．

Answer 1

分析 由测定该合金中铝的含量流程可知，①加盐酸，Cu、Si不反应，则过滤得到的固体为Cu、Si，溶液中含Al³⁺、Mg²⁺，②加足量的NaOH，过滤得到的沉淀为Mg（OH）₂，溶液中主要含AlO₂^-，③通足量的二氧化碳，反应生成Al（OH）₃，④灼烧氢氧化铝分解得到Al₂O₃，
（1）先根据流程图分析实验的原理，然后写出对应的化学方程式；
（2）根据铝守恒，最后得到的固体Al₂O₃中铝的质量就是铝合金中的铝的质量，最后求出铝的质量分数；
（3）第②步中加入NaOH的量不足的时，铝不能完全转变成AlO₂^-；对沉淀的灼烧不充分，会有水分，会增加灼烧后固体的质量．

解答 解：（1）第①步发生的化学方程式有两个：镁与盐酸反应，铝和盐酸反应，Mg+2H⁺═Mg²⁺+H₂↑，2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑，
第②步发生的化学方程式有三个：盐酸和氢氧化钠反应，反应的离子方程式H⁺+OH^-=H₂O，氯化铝和过量氢氧化钠反应，反应的离子方程式为：Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，氯化镁和氢氧化钠反应，反应的离子方程式为：Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓，
第③步发生的化学方程式有两个：氢氧化钠和过量的二氧化碳反应，偏铝酸钠和过量的二氧化碳反应，离子反应为OH^-+CO₂=HCO₃^-，CO₂+H₂0+A10₂^-═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑；H⁺+OH^-=H₂O；Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；OH^-+CO₂=HCO₃^-；CO₂+AlO₂^-+H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）因铝在反应前后守恒，最后得到的固体Al₂O₃中铝的质量就是铝合金中的铝的质量，则铝的质量为bg×$\frac{27×2}{27×2+16×3}$×100%=$\frac{54b}{102}$g，样品质量为ag，所以铝的质量分数=$\frac{\frac{54b}{102}}{a}$×100%=$\frac{54b}{102a}$×100%，
故答案为：$\frac{54b}{102a}$×100%；
（3）因NaOH的量不足，铝不能完全转变成AlO₂^-，最终产生的氧化铝质量少，造成结果偏低，因对沉淀的灼烧不充分时有水分，则灼烧后固体的质量变大，会使测定的结果偏高，
故答案为：偏低；偏高．

点评 本题考查了铝及其化合物化学性质的应用，要测定其中某成分的含量，可以使其发生化学反应，本题利用了守恒法来进行计算，能很好的考查学生的实验能力、分析和解决问题的能力，题目难度中等．