题目内容
某研究性学习小组为测定某含镁3%一5%的铝镁合金（不含其它元素）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
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 ．
（2）若实验中称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入VmL2.0mol/L NaOH溶液中，充分反应．则NaOH溶液的体积V≥ mL．
（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 ．
【探究二】实验方案：称量xg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 ．
（5）假设实验中测出该数据为yg，则原铝镁合金粉末中镁的质量分数为 （用含x、y代数式表示）．
【探究三】实验方案：铝镁合金
测定生成气体的体积．
问题讨论：（6）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其连接顺序是：
a接 ．（填接口字母，仪器不一定全选．）
（7）同学们仔细分析（6）中连接的实验装置后，又设计了图3所示的实验装置．
①装置中导管a的作用是 ．
②实验前后碱式滴定管中液面读数分别如图4，则产生氢气的体积为 mL．
③与上左图装置相比，用（6）中连接的装置进行实验时，容易引起误差的原因是 （任写一点）．
【探究一】实验方案：铝镁合金
| NaOH溶液 |
问题讨论：（1）实验中发生反应的化学方程式是
（2）若实验中称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入VmL2.0mol/L NaOH溶液中，充分反应．则NaOH溶液的体积V≥
（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
【探究二】实验方案：称量xg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
（5）假设实验中测出该数据为yg，则原铝镁合金粉末中镁的质量分数为
【探究三】实验方案：铝镁合金
| 稀硫酸 |
问题讨论：（6）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其连接顺序是：
a接
（7）同学们仔细分析（6）中连接的实验装置后，又设计了图3所示的实验装置．
①装置中导管a的作用是
②实验前后碱式滴定管中液面读数分别如图4，则产生氢气的体积为
③与上左图装置相比，用（6）中连接的装置进行实验时，容易引起误差的原因是
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，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；
②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），收集氢气后滴定管内液面上升，读数减小；
③根据稀硫酸定容锥形瓶能够将空气排出分析．
（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，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；
②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），收集氢气后滴定管内液面上升，读数减小；
③根据稀硫酸定容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=
mol，铝的质量为：27g/mol×
mol=
g，合金中镁的质量分数为：
=
，
故答案为：
；
（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：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；
②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：16.00mL；
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；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小，
故答案为：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；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小．
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=
| 3y-5x |
| 18 |
| 3y-5x |
| 18 |
| 9y-15x |
| 2 |
x-
| ||
| x |
| 17x-9y |
| 2x |
故答案为：
| 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：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；
②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：16.00mL；
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；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小，
故答案为：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；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小．
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．
练习册系列答案
相关题目
实验室用H2O2分解反应制取氧气时，常加入催化剂以加快反应速率，某研究性学习小组为研究催化剂FeCl3的量对O2生成速率的影响，设计了如下三组实验方案（见下表），将表中所给的试剂按一定体积混合后进行反应．
（1）M由两种短周期元素组成，每个M分子含有18个电子，其分子球棍模型如图所示。测得M的摩尔质量为32g/mol。画出编号为2的原子结构示意图： 。
（2）已知1.0mol·L—1NaHSO3溶液的pH为3.5，加入氯水，振荡后溶液pH迅速降低。溶液pH降低的原因是 （用离子方程式表示）。
（3）在常温常压和光照条件下，N2在催化剂（TiO2）表面与H2O反应，生成1molNH3和O2时的能量变化值为382.5kJ，达到平衡后此反应NH3生成量与温度的实验数据如下表。则该反应的热化学方程式为 。
|
T/K |
303 |
313 |
323 |
|
NH3生成量/（10—1mol） |
4.3 |
5.9 |
6.0 |
（4）在溶液中，一定浓度的NH4＋能溶解部分Mg(OH)2固体，反应如下：
2NH4+(aq) + Mg(OH)2(s)
Mg2+(aq)
+2NH3·H2O(aq)
写出上述反应的平衡常数表达式
某研究性学习小组为探究Mg2+与NH3·H2O反应形成沉淀的情况，设计如下两组实验
|
实验① |
等体积1 mol/L氨水和0.1 mol/L MgCl2溶液混合 |
生成白色沉淀 |
|
实验② |
等体积0.1 mol/L氨水和1 mol/L MgCl2溶液混合 |
无现象 |
请分析实验①、②产生不同现象的原因： 。
（5）在室温下，化学反应I—(aq)+ ClO—(aq) = IO—(aq) + Cl—(aq)的反应物初始浓度、溶液中的氢氧根离子初始浓度及初始速率间的关系如下表所示：
|
实验编号 |
I—的初始浓度 (mol·L—1) |
ClO—的初始浓度 (mol·L—1) |
OH—的初始浓度 (mol·L—1) |
初始速率v (mol·L—1· s—1) |
|
1 |
2 × 10—3 |
1.5 × 10—3 |
1.00 |
1.8 × 10—4 |
|
2 |
a |
1.5 × 10—3 |
1.00 |
3.6 × 10—4 |
|
3 |
2 × 10—3 |
3 × 10—3 |
2.00 |
1.8 × 10—4 |
|
4 |
4 × 10—3 |
3 × 10—3 |
1.00 |
7.2 × 10—4 |
已知表中初始反应速率与有关离子浓度关系可以表示为v= k [I—]1 [ClO—]b [OH—]c（温度一定时，k为常数）。
①设计实验2和实验4的目的是 ；
②若实验编号4的其它浓度不变，仅将溶液的酸碱值变更为pH = 13，反应的初始速率v= 。