Question

10．已知某混合金属粉末中除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上．请设计实验探究该粉末中铁、铜的存在．
资料在线：铝与氢氧化钠溶液反应生成溶于水的偏铝酸钠和氢气（2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑），铁和铜不与氢氧化钠溶液反应．
可供选择的实验用品：烧杯、大试管、量筒、滴管、燃烧匙、药匙、磁铁；稀硫酸、稀盐酸、Na0H溶液、氨水．
请你参与并完成以下实验探究过程：
Ⅰ、提出假设　　  假设1：该混合金属粉末中除铝外还含有Fe．
假设2：该混合金属粉末中除铝外还含有Cu．
假设3：该混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu．
Ⅱ、设计并实施实验方案
（1）基于假设1，不用化学试剂，证明金属铁的存在可用用磁铁吸引金属粉末，有粉末被吸附，证明含有铁．
（2）基于假设2，将混合金属粉末加入足量稀盐酸，你观察到的现象是有气泡生成，剩余部分固体，反应的化学方程式为2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑．
（3）基于假设3，请你完成实验操作，描述实验现象．

实验步骤	实验操作（说明仪器和试剂）	实验现象	结论
①	取少许粉末放入大试管中，再用滴管滴加足量（或过量）的NaOH溶液，充分反应后，静置，弃去清液得到固体．	固体粉末部分溶解， 并有气泡放出．	仅除去铝
②	再往大试管中加足量（或过量）的稀硫酸（或稀盐酸），充分反应．	固体部分溶解，气泡放出， 溶液呈浅绿色．	证明含有铁
③	将大试管静置，弃去上层清液，加水，多次洗涤剩余固体	剩余固体呈紫红色	证明含有铜

Ⅲ、已知该金属粉末的组成为铝和铁、铝和铜两种情况．
（4）为测定混合金属粉末中铝的质量分数，将5.6g的金属粉末中加入100g某溶质质量分数的稀硫酸，恰好完全反应，并产生a g氢气，则下列说法正确的是CD
A．当粉末为Al、Fe时，a可能为0.2g
B．当粉末为Al、Cu时，反应完全后，生成物的溶液里一定含有Al₂（SO₄）₃和CuSO₄
C．当粉末为Al、Cu时，若a为0.3g，则该种粉末中含铝的质量分数小于50%
D．当粉末为Al、Fe时，所需稀硫酸溶质质量分数一定大于9.8%

Answer 1

分析 Ⅰ、提出假设：根据粉末的可能组成，对粉末进行合理的猜想；
Ⅱ、设计并实施实验方案：
（1）铁能被磁铁吸引，且该过程不产生新物质，属于物理方法分离混合物；
（2）根据金属铝与铜活动性的差别，推断与稀盐酸混合可能出现的实验现象，并写出铝与盐酸反应的化学方程式；
（3）根据表格中实验结论，获取进行检验的实验顺序，利用铝、铁的性质，选择试剂完成实验操作，并根据操作推断实验现象；
（4）根据粉末的可能组成中的金属的性质，利用实验数据对可能的组成进行分析，判断出符合实际情况的说法；

解答 解：Ⅰ、提出假设：粉末中可能含有铁和铜，因此粉末的组成有三种可能，即除铝外只含铁、只含铜、或既含铁又含铜；
Ⅱ、设计并实施实验方案：
（1）用磁铁对金属粉末进行吸引，观察到有粉末被吸引，说明粉末中含有铁粉；
（2）取粉末加入稀盐酸，观察到有气泡放出，充分反应后有红色固体剩余，说明粉末中含有铜粉；
（3）利用铝能与氢氧化钠溶液反应的特点，首先利用氢氧化钠溶液除去粉末中的铝粉，可观察到粉末部分溶解且放出气体，排除对铁粉检验时的干扰；然后利用锪能与酸发生反应而铜不能的性质，向滤渣中加入足量或是过量的稀硫酸（或稀盐酸），可观察到滤渣部分溶解且有气体放出，同时溶液变成浅绿色；
III、（1）根据同样质量的铁粉完全反应产生氢气质量小于铝，所消耗硫酸的质量也小于铝，而铜不能与硫酸反应，
A、根据铁与硫酸反应的化学方程式可计算出若5.6g粉末全部为铁即可放出0.2g氢气，因此可判断当粉末为Al、Fe时，a一定大于0.2g；故A不正确；
B、由于铜不能与硫酸发生反应，当粉末为Al、Cu时，反应完全后，生成物的溶液里一定只含有Al₂（SO₄）₃而不含CuSO₄；故B不正确；
C、当粉末为Al、Cu时，若a为0.3g，可计算5.6g粉末含有铝的质量=0.3g÷$\frac{3}{27}$=2.7g，因此该种粉末中含铝的质量分数小于50%；故C正确；
D、根据铁与硫酸反应的化学方程式，5.6g铁粉完全反应即需要消耗9.8g硫酸，此时所需稀硫酸溶质质量分数=$\frac{9.8g}{100g}$×100%=9.8%，因此当粉末为Al、Fe时，所需稀硫酸溶质质量分数一定大于9.8%；故D正确；
故答案为：
Ⅰ、Cu（或铜）
Ⅱ、设计并实施实验方案
（1）用磁铁吸引金属粉末，有粉末被吸附，证明含有铁
（2）有气泡生成，剩余部分固体；2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑
（3）

实验步骤	实验操作（说明仪器和试剂）	实验现象	结论
	足量（或过量）的NaOH溶液	部分溶解 气泡放出
	足量（或过量）的稀硫酸（或稀盐酸）	部分溶解，气泡放出 呈浅绿色

（4）CD．

点评 一定量的金属完全反应所放出氢气的质量=$\frac{金属化合价}{金属的相对原子质量}$×金属的质量，熟练掌握这种计算氢气的方法，对于解决此类选择性计算会较为方便．