Question

20．某研究性学习小组为测定某铝镁合金（不含其他元素）中镁的质量分数，选取1mol/L的NaOH溶液与稀硫酸溶液，分别设计了下列两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．
已知：
①Mg+2H⁺═Mg²⁺+H₂；但Mg不与NaOH溶液反应
②2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂
③2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂
④
[探究一]实验方案：称量x g铝镁合金粉末，放入足量的1mol/L的NaOH溶液中使其充分反应后过滤．
（1）欲计算Mg的质量分数，该实验中还需测定的数据是镁的质量；
（2）该方案所涉及的化学反应为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑（用离子方程式表式）．
[探究二]实验方案：选取如图所示所需装置，称量x g铝镁合金粉末溶于足量的稀硫酸，测定生成气体的体积为VL（已转化为标准状况）．
（3）同学们拟选用如图2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e，d接g，．接．．（填接口字母，空格不一定填完，不够可加）；
（4）据此操作测定铝镁合金中镁的质量分数为$\frac{806.4x-648V}{201.6x}$×100%（用含x、V的式子表示）．

Answer 1

分析 探究一实验原理为：镁铝合金和氢氧化钠溶液反应，铝溶解生成偏铝酸钠和氢气，反应后过滤得镁的质量，进而求得铝的质量，据此计算和分析；
探究二实验原理为：利用铝镁合金粉末与足量的盐酸反应，测定产生氢气的体积，根据铝镁合金粉末的质量与产生氢氧的总体积列方程组可求得镁、铝的各自的质量，根据实验原理可知，装置的组装顺序：合金与稀硫酸反应，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，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，据此答题．

解答 解：探究一实验原理为：镁铝合金和氢氧化钠溶液反应，铝溶解生成偏铝酸钠和氢气，反应后过滤得镁的质量，进而求得铝的质量，
（1）欲计算Mg的质量分数，该实验中还需测定的数据是过滤后得到的镁的质量，
故答案为：镁的质量；
（2）该方案所涉及的化学反应为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
探究二实验原理为：利用铝镁合金粉末与足量的盐酸反应，测定产生氢气的体积，根据铝镁合金粉末的质量与产生氢氧的总体积列方程组可求得镁、铝的各自的质量，（3）根据实验原理可知，装置的组装顺序：合金与稀硫酸反应，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，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，所以最简易的装置的连接顺序是a接e，d接g，
故答案为：e，d接g；
（4）实验后测得生成的氢气在标准状况下为VL，物质的量=$\frac{V}{22.4}$mol，设合金中Mg物质的量为x，Al物质的量的为y
$\left\{\begin{array}{l}{x+1.5y=\frac{V}{22.4}}\\{24x+27y=xg}\end{array}\right.$
解得x=$\frac{33.6x-27V}{201.6}$mol，
所以镁的质量分数=$\frac{\frac{33.6x-27V}{201.6}×24}{x}$×100%=$\frac{806.4x-648V}{201.6x}$×100%，
故答案为：$\frac{806.4x-648V}{201.6x}$×100%．

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，需要学生具有知识的基础与综合运用知识分析问题、解决问题的能力．