Question

14．为研究锌和铝的金属活动性，某研究小组进行了如下探究．
（1）小明设计的实验方案：向表面积相同的铝片和锌粒中分别加入盐酸．写出铝与盐酸反应的化学方程式：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑．
（2）小芳将去膜和未去膜的铝片分别放入盐酸中，发现前者比后者反应快，原因是未去膜的铝片表面有Al₂O₃（填化学式），
（3）小芳在（2）实验中，还观察到有“灰黑色沉淀”这一异常现象出现．
【提出问题】铝与盐酸反应出现的灰黑色沉淀的组成是什么？
【查阅文献】铝在颗粒较小时为灰黑色；氯化铝为无色透明晶体或白色而微带浅黄色的固体，易溶于水和乙醇．
【提出合理假设】假设a：该灰黑色沉淀可能含有铝；
假设b：该灰黑色沉淀可能含有氯化铝和铝；
假设c：该灰黑色沉淀可能含有难溶于酸的物质．
【设计并完成实验】取灰黑色沉淀分别进行如下实验．

实验编号	实验操作	实验现象
①	加入适量稀盐酸	有微量气泡，固体全部溶解，得到澄清溶液
②	加入适量蒸馏水	固体部分溶解
③	加入适量无水乙醇	固体部分溶解

【得出结论】由实验①可判断假设c不成立，再集合②和③可得出假设b成立．
（4）若①中小明的实验能比较锌和铝的金属活动性强弱，其所依据的现象是产生气泡的速率，从操作可行性的角度，你认为比较难以控制铝片和锌粒的表面积相同； 从设计方法的角度，你认为还需要控制金属的纯度，盐酸的浓度等变量．

Answer 1

分析 （1）铝在金属活动性顺序表中位于氢之前，为活泼金属，根据活泼金属可置换出酸中的氢，铝与稀盐酸反应可生成氯化铝和氢气；
（2）根据铝片表现的氧化铝先与盐酸反应，反应时生成水和氯化铝，不放出氢气分析；
（3）【提出合理假设】根据文献对铝及氯化铝的介绍，可猜测黑色固体为未反应的铝粉或铝粉与未完全溶解的氯化钠的混合物；
【得出结论】实验①出现的固体全部溶解的现象可说明“灰黑色沉淀”全部是可溶解于酸的固体所组成；实验②和③说明了固体中含有能溶解于水和乙醇的物质，氯化铝易溶于水和乙醇；
（4）金属的表面积、盐酸的浓度等相关变量都可能影响到反应的速度，而小明的方案中对此都未做控制，致使影响因素过多而无法得到科学的判断．

解答 解：（1）活泼金属铝与盐酸发生置换反应，生成氯化铝和氢气，反应的化学方程式为：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑，
故答案为：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑；
（2）盐酸先与铝片表现的氧化铝发生反应，待氧化铝除去后，铝与稀盐酸接触而发生反应，所以铝比锌和稀盐酸反应的速度慢；
故答案为：Al₂O₃；
（3）提出合理假设铝的小颗粒呈黑色与反应中出现的“灰黑色沉淀”颜色相近，可猜测灰黑色可能为未完全反应的铝或是铝与未完全溶解的氯化铝的混合物，结合假设bc，故答案为：铝；
设计并完成实验取灰黑色沉淀分别进行如下实验：
实验①加入适量稀盐酸固体全部溶解，说明该灰黑色沉淀不含有难溶于酸的物质，即猜想c不能成立；实验②加入适量的水和③加入适量的乙醇都可观察到有固体物质被溶解，说明固体中还含有易溶于水和乙醇的氯化铝，因此，通过三个实验的探究可判断沉淀为铝和氯化铝的混合物，
故答案为：稀盐酸；固体部分溶解；
（4）根据金属和酸产生气泡的速率判断金属的活动性强弱；对于金属表面积的影响、所用盐酸浓度的影响等，小明的方案中都没进行必要的控制，所以不能据此实验判断两金属活动性的强弱；
故答案为：产生气泡的速率； 铝片和锌粒的表面积相同；金属的纯度，盐酸的浓度等．

点评 本题考查了铝金属及其化合物的性质，题目难度中等，注意；对于受多种因素影响的实验，在进行对比实验时，除所要探究的影响因素外，其它影响因素应控制相同；本题对学生的思维能力提出了较高的要求，有利于培养学生的逻辑推理能力．