Question

某铝合金中含有镁、铜、硅，为了测定研究它的抗腐蚀性能和测定合金中铝的含量，某研究性学习小组设计了如下实验：
（一）探究铝合金的抗腐蚀性能
①向一只小烧杯里加入20mL0.5mol/LCuSO₄溶液，把一小块铝合金浸入溶液中，1～2分钟后将铝片取出，观察铝片表面的现象
②取1只试管，加入10mL2mol/LNaOH溶液，将一块铝片放入NaOH溶液里，片刻取出后，用蒸馏水冲洗后浸入CuSO₄溶液里．1～2分钟后将铝片取出，观察铝片表面的现象
实验①铝片没有变化，实验②铝片表面的现象是______
发生此现象的原因是______
（二）测定铝合金中的铝的百分含量
①取该样品a克，将样品溶于足量的稀盐酸中，过滤；
②在滤液中加入过量的氢氧化钠溶液，过滤；
③往第②步的滤液中通入足量的CO₂，过滤，将沉淀用蒸馏水洗涤后，烘干并灼烧至质量不再减少为止，冷却后称量，质量为b克．
回答下列问题：
（1）在第①步操作中溶解所使用的玻璃仪器为玻璃棒、______，滤液中主要含有Mg²⁺、Na⁺、______和Cl^-离子；
（2）在第②步操作中氢氧化钠溶液需要过量的原因是______，写出该步骤中生成沉淀的离子方程式______
（3）第③步灼烧过程中可在下列哪种仪器中进行______
A．烧杯　　　B．试管　　　C．坩埚　　　 D．蒸发皿
（4）第③步灼烧后得到的固体是______
（5）合金中铝的质量分数是______．

Answer 1

解：（一）根据铝表面有一层致密的氧化物，该氧化物与CuSO₄ 溶液不反应，氢氧化钠溶液能除去表面的氧化膜：
Al₂O₃+2NaOH=NaAlO₂+2H₂O，内层的铝与硫酸铜发生置换反应生成金属铜：2Al+3CuSO₄=Al₂（SO₄）₃+3Cu，铜的颜色为红色；故答案为：铝片表面有亮红色的固体附着；因为铝片有一层致密的氧化物保护膜，可以阻止内部的金属铝与CuSO₄反应，当铝片事先放入氢氧化钠溶液后，这层氧化膜被破坏，金属铝与硫酸铜发生置换反应生成了金属铜．　　　（二）（1）因溶解需要的仪器有：烧杯、玻璃棒；将样品溶于足量的稀盐酸中，铜、硅与盐酸不反应，镁和铝与盐酸反应：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑，2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑，过滤除去铜、硅，由于盐酸足量，所以，滤液中的成分为：
MgCl₂、AlCl₃、HCl，滤液中主要含有Mg²⁺、Na⁺、Al³⁺ 和Cl^-离子；故答案为：烧杯；Al³⁺；
（2）因过量的氢氧化钠溶液发生的反应有：HCl+NaOH=NaCl+H₂O，2NaOH+MgCl₂=Mg（OH）₂↓+2NaCl，
AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O，实现了和 Mg（OH）₂沉淀的分离，
故答案为：使Al³⁺全部变成AlO₂^-离子； Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（3）因灼烧过程中需要的仪器有：坩埚、坩埚 钳、酒精灯、泥三角、三脚架等，故答案为：C．
（4）因滤液中含有NaAlO₂，通入足量的CO₂发生反应：NaAlO₂+CO₂+H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，沉淀为Al（OH）₃，灼烧时发生反应：2Al（OH）₃Al₂O₃+3H₂O；故答案为：Al₂O₃；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（5）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×=g，所以样品中铝的质量分数为：×100%=%，
故答案为：×100%．
分析：（一）因铝表面有一层致密的氧化物，该氧化物与CuSO₄溶液不反应，若用氢氧化钠除去表面的氧化膜，内层的铝与硫酸铜发生置换反应生成金属铜；
（二）（1）根据溶解所需要的玻璃仪器；根据滤液的成分；
（2）根据过量的碱与Al³⁺反应生成AlO₂^-；根据Mg²⁺与OH^-反应；
（3）根据灼烧所需要的仪器；
（4）根据偏铝酸钠与足量的CO₂反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝不稳定加热易分解；
（5）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．
点评：对于NaAlO₂与CO₂的化学反应方程式，有过量和少量之分，书写时注意区分．