Question

铝镁合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料．研究性学习小组的三位同学，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，设计下列三种不同实验方案进行探究．填写下列空白．
[探究一]
实验方案：铝镁合金测定剩余固体质量
实验中发生反应的化学方程式是______
实验步骤：
（1）称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入VmL 2.0mol?L^-1NaOH溶液中，充分反应．NaOH溶液的体积V≥______
（2）过滤、洗涤、干燥、称量固体．该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将
______（填“偏高”或“偏低”）．
[探究二]
实验方案：铝镁合金测定生成气体的体积实验装置：

问题讨论：
（1）某同学提出该实验装置不够完善，应在A、B之间添加一个干燥、除酸雾的装置．你的意见是：______（填“需要”或“不需要”）．
（2）为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题是（写出两点）：①______②______
[探究三]
实验方案：称量x g铝镁合金粉末．放在如右图所示装置的惰性电热板上，通电使其充分灼烧．
问题讨论：
（1）欲计算Mg的质量分数，该实验中还需测定的数据是______
（2）若用空气代替O₂进行实验，对测定结果何影响？______（填“偏高”或“偏低”或“无影响”）．

Answer 1

解：探究一：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↑；
（1）含镁为零时，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 V×10^-3L×2.0mol/L
所以54g：5.4g=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），
解得：V=100mL，故V（NaOH溶液）≥100mL；
故答案为：100mL；
（2）镁上会附着偏铝酸钠等物质，未洗涤导致测定的镁的质量偏大，镁的质量分数偏高，故答案为：偏高；
探究二：（1）由于氯化氢极易溶于水，挥发的氯化氢不影响氢气体积的测定结果，所以不需要加除雾装置，故答案为：不需要；
（2）反应中装置的气密性、合金是否完全溶解都会影响测定结果，
故答案为：检查装置的气密性；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）；
【探究三】
（1）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；
若用空气代替O₂进行实验，发生反应：3Mg+N₂Mg₃N₂，2Mg+CO2MgO+C，测定生成固体的质量变大，则镁的质量分数偏高，故答案为：偏高．
分析：探究一：铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气；
（1）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；
（2）镁上会附着偏铝酸钠等物质，未洗涤导致测定的镁的质量偏大；
探究二：（1）氯化氢极易溶于水，挥发的氯化氢不影响氢气体积的测定结果，所以不需要加除雾装置；
（2）装置的气密性、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；
探究三：（1）Mg、Al都能够与氧气化学反应生成氧化物；
（2）用空气代替O₂进行实验，发生反应：3Mg+N₂Mg₃N₂，2Mg+CO2MgO+C，测定生成固体的质量变大．
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，需要学生具有知识的基础与综合运用知识分析问题、解决问题的能力．