Question

1．某研究性学习小组为测定某含镁3%～5%的铝镁合金（不含其他元素）中镁的质量分数，设计了下列三种不同实验方案进行探究，请根据他们的设计回答有关问题．
[探究一]实验方案：铝镁合金溶于NaOH溶液，测定剩余固体质量．
问题讨论：
（1）实验中发生反应的化学方程式是2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑．
（2）若实验中称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入V mL 2.0mol/L NaOH溶液中，充分反应．则NaOH溶液的体积V mL≥97mL．
（3）实验中，当铝镁合金充分反应后，在称量剩余固体质量前，还需进行的实验操作按顺序依次为过滤、洗涤、干燥固体．
[探究二]实验方案：称量x g铝镁合金粉末，放在如图1所示装置的惰性电热板上，通电使其充分灼烧．
问题讨论：
（4）欲计算Mg的质量分数，该实验中还需测定的数据是灼烧后固体的质量．
（5）假设实验中测出该数据为y g，则原铝镁合金粉末中镁的质量分数为$\frac{17x-9y}{2x}$（用含x、y的代数式表示）．
[探究三]实验方案：铝镁合金溶于稀硫酸，测定生成气体的体积．
问题讨论：
（6）同学们拟选用如图3的实验装置完成实验，你认为最简易的装置的连接顺序是a接edg（填接口字母，仪器不一定全选）．
（7）同学们仔细分析（6）题中连接的实验装置后，又设计了如图2所示的实验装置．
①装置中导管a的作用是使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下．
②反应结束后发现量气管的液面高于干燥管的液面，此时应如何操作？将量气管向下移动使液面与干燥管中液面相平
③与（7）题图装置相比，用（6）题连接的装置进行实验时，将造成测量的气体体积偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）

Answer 1

分析 （1）铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气；
（2）镁的质量分数最小时，金属铝的质量最大，需要的氢氧化钠溶液最多，实际需要氢氧化钠溶液的体积应大于或等于最大值，据此计算；
（3）根据反应后为不溶物和溶液两部分，要得到干燥固体需要的实验操作解答；
（4）根据Mg、Al都能够与氧气化学反应生成氧化物分析还需要知道的数据；
（5）设出金属镁和铝的物质的量，根据合金的质量和灼烧后的质量列式计算出镁的物质的量，再计算出镁的质量分数；
（6）根据装置的组装顺序：合金与酸反应，用排水量气法测定氢气的体积，其中盛水的试剂瓶导管一定要短进长出进行排序；
（7）①保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；
②量气管的液面高，应该降低量气管的高度；
③根据稀硫酸滴入锥形瓶能够将空气排出分析．

解答 解：（1）铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气，反应方程式为2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）含镁为3%时，金属铝的含量最高，5.4g合金中铝的质量为，5.4g×（1-3%）=5.4×97%g，则：
    2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂ +3H₂↑
    54g        2mol
5.4g×97%  V×10^-3L×2.0mol/L
所以54g：（5.4g×97%）=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），解得：V=97，故V（NaOH溶液）≥97mL，
故答案为：97；
（3）反应后金属铝完全消耗，没有反应的为金属镁，称量金属镁之前需要经过过滤、洗涤、干燥操作，然后再称量固体质量，从而计算出合金中镁的含量，
故答案为：过滤、洗涤、干燥固体；
（4）Mg、Al均与氧气反应，生成金属氧化物，则还需测定生成物的质量，
故答案为：灼烧后固体的质量；
（5）设xg铝镁合金粉末中含有n mol镁、zmol铝，则24n+27z=x①，
再根据反应关系式：Mg～MgO、Al～Al₂O₃，最后得到了yg氧化物，据此列式为：40n+51z=y②，
根据①②解得：z=$\frac{3y-5x}{18}$mol，铝的质量为：27g/mol×$\frac{3y-5x}{18}$mol=$\frac{9y-15x}{2}$g，合金中镁的质量分数为：$\frac{x-\frac{9y-15x}{2}}{x}$=$\frac{17x-9y}{2x}$，
故答案为：$\frac{17x-9y}{2x}$；
（6）装置的组装顺序：合金与酸反应，用排水量气法测定氢气的体积，其中盛水的试剂瓶导管一定要短进长出，利用增大压强原理将水排出，量筒中水的体积就是生成氢气的体积，量筒内导管应伸入量筒底部，故连接顺序为：（a）接（e）（d）接（g），
故答案为：e、d接g；
（7）①装置中导管a的作用是：保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下，滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差，
故答案为：使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；
②由信息可知，量气管高，应该降低量气管的高度，即将量气管向下移动使液面与干燥管中液面相平，
故答案为：将量气管向下移动使液面与干燥管中液面相平；　
③由于稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大，
故答案为：偏大．

点评 本题考查物质含量的测定、对实验原理与装置的理解、实验方案设计等，难度中等，理解实验原理是解题的关键，是对知识的综合考查，要求学生具有扎实的基础及综合运用知识分析问题、解决问题的能力．