Question

15．镁、铝是常见的两种金属，它们组成合金是现代科技的重要材料．
I、镁的金属性比铝的更强．
（1）请从原子结构的角度解释镁的金属性比铝强的原因．答：镁铝原子核外电子层数相同，与铝相比，镁原子半径更大，失去电子能力更强．
II、现有四块相同的镁铝合金（假设质量均为Xg）．为测定该合金中铝的质量分数，四个同学各取一块合金，并按下述四种不同的方案进行实验：
甲：将合金溶于足量的盐酸，测得生成气体的体积为VL（标况下）；
乙：将合金溶于足量的NaOH溶液中，测得剩余固体的质量为Yg；
丙：将合金溶于足量的盐酸，再加入足量的NaOH溶液后过滤，测得沉淀质量为Zg；
丁：将合金溶于足量的盐酸，再加入足量的氨水后过滤，测得沉淀质量为Wg；
（2）乙方案中反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+H₂↑．
（3）四种方案中，可测出合金中铝的质量分数的是甲、乙、丙、丁（填实验方案代号）．
（4）选择一种可测出合金中铝的质量分数的方案，并利用相关量，计算该合金中铝的质量分数，并填入下表中：

你选择的方案	合金中铝的质量分数
甲或乙或丙或丁	$\frac{3.214V}{X}-3$或$\frac{X-Y}{X}$或$\frac{29X-12Z}{29X}$或$\frac{36W-87X}{17X}$

（5）方案乙中，浸泡于氢氧化钠溶液中的合金与氢氧化钠溶液构成了原电池．对于该原电池，其负极的电极反应式为2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）镁的原子半径比铝大，易失去电子；
Ⅱ．甲：镁、铝都可与盐酸反应生成氢气，根据氢气的体积和合金的质量可列方程式组计算；
乙：只有铝与氢氧化钠溶液反应生成氢气，剩余固体为镁；
丙：，测得沉淀质量为Zg，为氢氧化镁的质量，可确定镁的质量，进而计算铝的含量；
丁：测得沉淀质量为Wg，为氢氧化镁和氢氧化铝的质量，结合镁、铝的质量可列方程式计算含量．以此解答该题．

解答 解：Ⅰ．（1）镁、铝位于周期表相同周期，原子核外电子层数相同，与铝相比，镁原子半径更大，失去电子能力更强，
故答案为：镁铝原子核外电子层数相同，与铝相比，镁原子半径更大，失去电子能力更强；
Ⅱ．甲：镁、铝都可与盐酸反应生成氢气，根据氢气的体积和合金的质量可列方程式组计算；
乙：只有铝与氢氧化钠溶液反应生成氢气，剩余固体为镁；
丙：，测得沉淀质量为Zg，为氢氧化镁的质量，可确定镁的质量，进而计算铝的含量；
丁：测得沉淀质量为Wg，为氢氧化镁和氢氧化铝的质量，结合镁、铝的质量可列方程式计算含量．
（2）铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的方程式为2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+H₂↑，故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+H₂↑；
（3）由以上分析可知，四种方案都可用于测量铝的含量，故答案为：甲、乙、丙、丁；
（4）设合金中含有xmolMg、ymolAl，则
甲：镁、铝都可与盐酸反应生成氢气，可得$\left\{\begin{array}{l}{24x+27y=Xg}\\{x+1.5y=\frac{V}{22.4}}\end{array}\right.$，该合金中铝的质量分数为$\frac{3.214V}{X}-3$；
乙：只有铝与氢氧化钠溶液反应生成氢气，剩余固体为镁，则m（Ng）=Yg，m（Al）=（X-Y）g，铝的质量分数为$\frac{X-Y}{X}$；
丙：测得沉淀质量为Zg，为氢氧化镁的质量，即m（Mg（OH）₂）=Zg，则m（Mg）=$\frac{24Z}{58}$g，m（Al）=（X-$\frac{24Z}{58}$）g，铝的质量分数为$\frac{29X-12Z}{29X}$；
丁：测得沉淀质量为Wg，为氢氧化镁和氢氧化铝的质量，则$\left\{\begin{array}{l}{24x+27y=X}\\{58x+78y=W}\end{array}\right.$，解之得铝的质量分数为$\frac{36W-87X}{17X}$．
故答案为：甲或乙或丙或丁；$\frac{3.214V}{X}-3$或$\frac{X-Y}{X}$或$\frac{29X-12Z}{29X}$或$\frac{36W-87X}{17X}$；
（5）镁比铝活泼，但由于镁和氢氧化钠溶液不反应，而铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，则铝为负极，镁为正极，负极反应为2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O，故答案为：2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O．

点评 本题综合考查物质的含量测定以及镁、铝的性质，为高频考点，侧重于学生的分析、计算和实验能力的考查，注意把握实验的原理，难度中等．