Question

某化学研究性学习小组拟对一种焰火原料（由两种短周期的常见金属单质组成的合金粉末）进行探究。请完成下列探究报告。
【探究目的】探究该焰火原料的组成
【资料检索】①Mg^2＋检验方法：取2滴待检液，加入2滴2mol·L^－1NaOH溶液，再加入1滴镁试剂(Ⅰ)染料（对硝基苯偶氮苯二酚）。若出现沉淀并吸附镁试剂(Ⅰ)染料呈天蓝色，表示待检液中含有Mg^2＋。Ag^＋、Cu^2＋、Fe^3＋、NH₄^＋会妨碍Mg^2＋检出
②Mg(OH)₂可溶于浓的氯化铵溶液，其他的常见不溶碱难溶于氯化铵
③很多合金是金属互化物，有确定的化学组成
【探究思路】①确定焰火原料所含金属种类；②测定焰火原料的化学式
【实验探究】
（1）甲同学进行了初步试验，实验步骤和实验现象如下。请填写下表。

试验序号	实 验 步 骤	实 验 现 象	结 论
①	取少量该焰火原料加入冷水	无明显现象	________________
②	取少量该焰火原料加入稀盐酸	完全溶解，有大量气体	_________________

 
（2）乙同学取甲第②组实验的溶液，加入镁试剂(Ⅰ)染料，得出合金中不含镁。
乙的结论________________（选填“正确”或“错误”）。判断理由为                  
（3）丙同学设计实验方案，确定焰火原料中的金属种类，实验记录如下。

由丙的实验记录可知，该焰火原料是由_______和_________两种金属组成的合金；实验中滤液加入足量
氢氧化钠溶液后需煮沸，煮沸的理由是______________________________。
（4）丁同学利用丙同学的结论，设计如下图所示的实验步骤，确定合金组成。

问题讨论：
①能确定合金组成的数据组有______________（填写选项字母）；
A．m、n            B．m、y         C．n、y
②若合金中相对原子质量较小的金属的物质的量分数为x，金属总物质的量为7mol，试在下图中作出y随x变化的曲线；

③当y＝8.5mol时，该合金是一种金属互化物，其化学式为________________

Answer 1

（1）①不含锂（Li）、钠（Na）等活泼金属
②可能含铍（Be）、镁（Mg）、铝（Al）三种金属中的任意两种金属
（2）错误；由资料知，反应必须在碱性条件下进行
（3）铝（或Al）；镁（或Mg）（顺序可互换）；将NH₄^＋转化为NH₃，煮沸促进其逸出，防止NH₄^＋干扰Mg^2＋检验
（4）①ABC
②见下图

③Mg₄Al₃

试题分析：（1）①原料加入冷水无现象表明不含Li、Na等活泼金属；
②原料与盐酸反应产生气体表明含有能与盐酸反应的较活泼的金属，例如铍（Be）、镁（Mg）、铝（Al）三种金属中的任意两种金属。
（2）第②组实验所得的溶液含有过量盐酸，加入2滴NaOH溶液则不会产生沉淀，从而不能吸附镁试剂（I）染料呈天蓝色，所以不能检验不出Mg²⁺，要检验镁离子反应需要在解析条件下完成。
（3）合金能溶于盐酸，其溶液中滴加氨水生成白色沉淀。向白色沉淀中滴加过量的饱和氯化铵溶液，白色沉淀部分溶解，且剩余的白色沉淀既能和氢氧化钠溶液反应，也能和盐酸反应。因此根据Mg(OH)₂可溶于浓的氯化铵溶液可知，该白色沉淀一定是由氢氧化镁和氢氧化铝组成的。由于Mg(OH)₂可溶于浓的氯化铵溶液，因此用镁试剂（Ⅰ）染料检验Mg²⁺时要排除NH₄⁺的干扰，所以滤液加入足量氢氧化钠溶液将NH₄⁺转化为NH₃，煮沸将氨气赶出，目的是防止NH₄⁺干扰Mg²⁺的检验（或排除溶液中NH₄⁺的干扰）。（4）①镁和铝都能与盐酸反应生成氢气，根据氢气的体积结合合金总质量可确定合金的组成。加入过量氢氧化钠得到的沉淀为氢氧化镁，灼烧后可得到氧化镁，根据氧化镁的质量可知镁的质量，则可知铝的质量，已知镁的质量和镁铝生成氢气的体积可知铝的质量，则A、B、C都可测定合金的组成，故答案为：A、B、C。
②若合金中相对原子质量较小的金属的物质的量分数为x，金属总物质的量为7mol，相对分子质量较小的为镁。若x＝0，则全被为铝，7mol铝反应生成10.5mol氢气；如全被为镁，即x＝7，则生成氢气7mol，所以图象为。
③设合金中镁和铝的物质的量分别是a和b，则a＋b＝7mol、a＋1.5b＝8.5mol，解得a＝4mol、b＝3mol，所以合金的组成是Mg₄Al₃。