Question

10．可利用以下方法测定铝镁合金（不含其它元素）组分含量
【实验方案一】实验方案：铝镁合金$\stackrel{稀硫酸}{→}$测定生成气体的体积．
（1）利用如图1装置反应．
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测量收集到的气体的体积时必须包括的几个步骤：
a、调整量气管高度，使其液面高度与水准管液面高度相平；
b、使装置内的气体冷却至室温；
c、读取量气管中气体的体积．
这三步操作的正确顺序是bac（请填写步骤代号）．
③实验前后碱式滴定管中液面读数分别如图2．则产生氢气的体积为16.00mL．
【实验方案二】实验方案：铝镁合金$\stackrel{NaOH溶液}{→}$测定剩余固体质量．
（2）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4.05g 铝镁合金粉末样品，投入VmL、质量分数为5%的 NaOH溶液中（ρ=1g/cm³），充分反应．则NaOH溶液的体积V≥120mL．
③实验中当铝镁合金充分反应后，过滤、干燥（干燥时不发生化学变化）并称量固体质量，你认为这样测出的铝的质量分数偏小（填“准确”“偏大”或“偏小”），如果不准确，应该补充的操作是洗涤沉淀（若测量结果准确，此空不填）．
【实验方案三】：称量一定质量铝镁合金粉末，通纯氧使其充分灼烧．
（3）若铝镁合金粉末为x g，完全反应后测得固体质量为yg，则原铝镁合金粉末中镁的质量分数为$\frac{17x-9y}{2x}$（用含x、y代数式表示）．

Answer 1

分析 【实验方案一】镁和铝与酸反应生成的氢气，反应的离子方程式为：Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑，2Al+6H⁺=2AL³⁺+3H₂↑；
（1）①装置中导管a可以平衡内外压强，使液体顺利滴下；
②要准确测量气体体积必须保持量筒内外气体的温度和压强相等，因此在读取量筒内气体的体积之前，应使试管和量筒内的气体都冷却至室温；再调节量筒内外液面高度使之相同；
③滴定管的数值零刻度在上方，两次的体积之差为测定的氢气的体积（注意应保持干燥管与滴定管内液面等高）；
【实验方案二】实验方案：铝与氢氧化钠溶液反应生成的氢气，反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+H₂↑；
（2）①铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气；
②根据c=$\frac{1000ρω}{M}$计算氢氧化钠溶液的物质的量浓度，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合金与碱反应，剩余固体的质量为镁的质量，未进行洗涤沉淀，镁的质量偏大，铝的质量分数偏小；补充的操作是洗涤沉淀；
【实验方案三】：
（3）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．

解答 解：【实验方案一】镁和铝与酸反应生成的氢气，反应的离子方程式为：Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂↑，2Al+6H⁺=2AL³⁺+3H₂↑；
（1）①分液漏斗上部和锥形瓶气压相通，可以保证恒压滴液漏斗中的液体顺利滴下，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下，
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因为排出的气体是需要用排出的水的体积衡量的，而反应前后的量筒温度是不同的，因此，反应终止应该先停止加热，待体系恢复到室温时，才取出导管．这一步操作跟通常的实验不同，所以停止加热时导管的出口要高于量筒内的液面，此时即使不取出导管而停止加热，也不会造成水的倒吸；停止加热、回到室温后，将量筒下移以调节量筒内的液面与水槽一致，此时量筒内气体压强也为大气压，读数才是正确的；所以正确的操作顺序为：b、使装置内的气体冷却至室温；a、调整量气管高度，使其液面高度与水准管液面高度相平，c、读取量气管中气体的体积，
故答案为：bac；
③滴定管的数值零刻度在上方，两次的体积之差为测定的氢气的体积，收集氢气后滴定管内液面读数减小，反应前滴定管读数为18.50mL，反应后滴定管读数为2.50mL，所以测定氢气的体积为：18.50mL-2.50mL=16.00mL，
故答案为：16.00；
【实验方案二】实验方案：铝与氢氧化钠溶液反应生成的氢气，反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+H₂↑；
（2）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质量分数为5%的 NaOH溶液中（ρ=1g/cm³），c=$\frac{1000ρω}{M}$=$\frac{1000×1g/c{m}^{3}×5%}{40g/mol}$=1.25mol/L，
含镁为零时，金属铝的含量最高，4.05g 合金中铝的质量为4.05g，则：
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54g      2mol
4.05g     n
所以54g：4.05g=2mol：n解得：n=0.15mol，V=$\frac{n}{c}$=$\frac{0.15mol}{1.25mol/L}$=120mL，
故V（NaOH溶液）≥120mL；
故答案为：120；  
③铝和碱反应，镁和碱不反应，若未洗涤过滤所得的不溶物镁，镁的质量偏大，铝的质量分数偏小，补充的操作是洗涤沉淀，
故答案为：偏小；洗涤沉淀；
【实验方案三】：
（3）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：$\frac{17x-9y}{2x}$．

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．