Question

11．为测定镁铝合金（不含其它元素）中镁的质量分数，某研究性学习小组设计了下列实验方案进行探究．请回答下列问题：

实验装置：如图2
实验步骤：
①按如图2连接好装置
②称取两份质量均为a g 的镁铝合金样品粉末，分别放入A装置左右两个管中，向B装置中加入一定量的水，把装置A、B的胶塞塞好，然后调节C的高度使B和C中的液面相平，记下此时的读数为V₁ml
③用洁净的注射器向装置A左侧管中加入足量的稀盐酸，等不再有气泡产生时，调节装置C的高度，使B和C中的液面相平时记下此时的读数为V₂ ml
④另取一洁净的注射器向装置A右侧管中加入足量的稀NaOH溶液，等不再有气泡产生时，调节装置C的高度，使B和C中的液面相平时记下此时的读数为V₃ ml
问题和讨论：
（1）上述实验步骤①和②之间必须加一步检查气密性的操作，具体方法为向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，静置一会儿，若液面不发生变化则气密性良好
（2）为使该实验方案测定结果尽可能准确，实验中应注意的问题是（只需写出一点）合金完全溶解（或加入足量盐酸，或调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平，待冷却至室温再读体积等合理答案）
（3）若a=0.30、V₁=112、V₂=448、V₃=672，合金中镁的质量分数为40%
（4）某同学认为此实验可以省略步骤③也可以测出合金中镁的质量分数，他的评价是否合理，说出理由合理，合金中只有铝与氢氧化钠溶液反应，可以根据反应生成的氢气的量计算出铝的量，从而计算出镁的质量分数．

Answer 1

分析 （1）实验目的是通过测量气体体积计算合金中镁的质量分数，所以必须确保装置气密性良好；可以向C中进入少量水，根据液面变化判断装置气密性；
（2）合金是否完全溶解（或加入足量盐酸，或调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平，待冷却至室温再读体积）等会影响测定结果；
（3）镁、铝都与稀硫酸反应，二者生成氢气总体积为V₂-V₁，据此计算出氢气的物质的量，然后分别根据合金质量、生成氢气的量列式计算出二者的物质的量，再计算出镁的质量及质量分数；
（4）镁不与氢氧化钠溶液反应，可以根据生成的氢气计算出铝的物质的量，再计算出铝的质量分数，从而可以得出合金中镁的质量分数，所以可以省略③．

解答 解：（1）分析流程和步骤可知，该实验目的是通过测定气体体积的方法测定合金质量分数，故装置需要气密性完好，应对装置进行气密性检查，检查方法为：向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，静置一会儿，若液面不发生变化则气密性良好；
故答案为：检查气密性；向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，静置一会儿，若液面不发生变化则气密性良好；
（2）为使该实验方案测定结果尽可能准确，则必须保证合金完全溶解（或加入足量盐酸），还要调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平，待冷却至室温再读体积等，
故答案为：合金完全溶解（或加入足量盐酸，或调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平，待冷却至室温再读体积等合理答案）；
（3）每份合金的质量a=0.30g，根据题中信息可知，进入足量稀硫酸后镁、铝都与稀硫酸反应，生成氢气总体积为：448mL-112mL=336mL，生成气体的物质的量为：$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，设镁的物质的量为x、铝的物质的量为y，则24x+27y=0.3、x+1.5y=0.015mol，解得：y=$\frac{0.02}{3}$mol、x=0.005mol，则合金中镁的质量为：24g/mol×0.005mol=0.12g，则合金中镁的质量分数为：$\frac{0.12g}{0.3g}$×100%=40%，
故答案为：40%；
（4）步骤④中的氢气为铝与氢氧化钠溶液反应生成的，可以根据氢气的体积计算出氢气的物质的量，然后计算出铝的物质的量、质量，从而得出合金中镁的质量及质量分数，所以可省略③，
故答案为：合理，合金中只有铝与氢氧化钠溶液反应，可以根据④中生成的氢气的量计算出铝的量，从而计算出镁的质量分数．

点评 本题考查了探究物质组成及含量的方法，题目难度中等，明确探究原理为解答关键，注意掌握常见的化学实验基本操作方法，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．