Question

铝镁合金已成为飞机制造、化工生产等行业的重要材料．研究性学习小组的同学，为测定某含镁3%～5%的铝镁合金（不含其它元素）中镁的质量分数，设计下列两种不同实验方案进行探究．填写下列空白．
方案一：将铝镁合金与足量NaOH溶液反应（已知2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，而镁不与氢氧化钠溶液反应），测定剩余固体质量．
（1）称取5.4g铝镁合金粉末样品，溶于m g 质量分数为8%的NaOH溶液中．为保证合金反应完全，则NaOH溶液的体积V≧

 

mL．（假设NaOH溶液的密度为1g/mL）实验室取一定量液体一般用量筒，如图1中

 

（填序号）是量筒的一部分，在量取液体体积时，量筒必须放平，视线要与量筒内的液体

 

保持水平，再读出液体体积数．
（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”、“偏低”或“无影响”）．
方案二：他们设计了如图2所示的实验装置．在分液漏斗中加入稀硫酸，用稀硫酸和铝镁合金反应．
（1）开始实验时连接好装置先要进行

 

（填一操作）
（2）装置中导管a的作用是：

 

．
（3）装置中右边有刻度的长管叫碱式滴定管，其刻度示意图如方案一第（1）题图中③所示．若实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V₁ mL、V₂ mL．则产生氢气的体积为

 

mL．
（4）写出有关发生反应的化学方程式①

 

②

 

【实验反思】：装置中如没有导管a则测得氢气的体积

 

（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．根据氢气的体积V mL（氢气密度已知）和镁铝合金样品的质量

 

（填“能”“不能”）求出镁铝合金中镁的质量分数．
（5）若用此方法测定某黄铜样品（Cu和Zn的合金）中锌的质量分数：现取黄铜样品20g，加入93.7g稀硫酸恰好完全反应，测得氢气的体积并根据氢气的密度换算成氢气的质量为0.2g，则：
①黄铜样品中锌的质量分数为

 

；
②反应后所得溶液的质量分数为

 

．

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,测量容器-量筒,有关溶质质量分数的简单计算,金属的化学性质,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式,根据化学反应方程式的计算

专题：科学探究

分析：[方案一]（1）根据镁的质量分数推求铝的质量分数，根据铝的最大质量求出所需氢氧化钠溶液的体积．根据量筒的特点选择量筒
（2）根据分离镁的操作过程分析误差
[方案二]（1）根据开始实验时先要检查装置的气密性；
（2）根据装置的特点分析导管a的作用；
（3）根据碱式滴定管中液面示数分析；
（4）根据书写方程式的原则书写，根据实验数据分析；
（5）写出化学方程式并代入氢气的质量即可计算出锌的质量；由锌的质量即可计算锌的质量分数，写出化学方程式并代入氢气的质量即可计算出硫酸锌的质量，进而计算反应后所得溶液的质量分数．

解答：解：[方案一]（1）镁铝合金中镁占3%～5%，所以铝占95%～97%，当铝含量为97%时用的氢氧化钠最多
设氢氧化钠的体积最少为x
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂ +3H₂↑
54           80
5.4g×97%   x×1g/mL×8%

54

5.4g×97%

=

80

x×1g/mL×8%

x=97mL
量筒的最小刻度在下方，没有0刻度，故选②；读数时视线要与量筒内的液体 凹液面最低处保持水平．
（2）过滤、洗涤、干燥、称量固体．若未洗涤固体，镁表面混有偏铝酸钠固体，则镁的质量偏大，镁的质量分数将偏高；
[方案二]（1）开始实验时连接好装置先要进行检查装置气密性：先连接好装置，从碱式滴定管加水，若滴定管中的液面和左边干燥管中的液面有稳定的高度差，则装置不漏气
（2）装置中导管a可保持锥形瓶和分液漏斗间的压强恒定，使稀硫酸能顺利滴下，和消除因稀硫酸的滴入引起的体积误差．
（3）实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V₁ mL、V₂ mL．则产生氢气的体积为 V₁-V₂mL．
（4）镁与硫酸反应生成硫酸镁和氢气，铝与硫酸反应生成硫酸铝和氢气，化学方程式为Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄+H₂↑ 2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑
【实验反思】：装置中如没有导管a无法消除因稀硫酸的滴入引起的体积，则测得氢气的体积偏大；
先根据氢气的体积换算出氢气的质量，根据元素质量守恒，生成氢气的质量即为硫酸中氢元素的质量，因此可得硫酸质量，从而得到稀硫酸的质量；
分别设镁与硫酸反应生成氢气的质量为y，则铝与硫酸反应生成氢气的质量为0.8g-y，根据方程式的计算求出镁铝合金中镁的质量分数；
（5）设样品中锌的质量为X．
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
65        161   2
X         Y   0.2g 

65

X

=

2

0.2g

得：X=6.5g

161

Y

=

2

0.2g

Y=16.1g
样品中锌的质量分数=

6.5g

20g

×100%═32.5%．
（2）反应后所得溶液的质量分数为

16.1g

6.5g+93.7g-0.2g

×100%═16.1%．
故答案为：【方案一】（1）97； ②；凹液面最低处；（2）偏高　　　　　
【方案二】（1）检查装置气密性．
（2）保持锥形瓶和分液漏斗间的压强恒定，使稀硫酸能顺利滴下和消除因稀硫酸的滴入引起的体积误差
（3）V₁-V₂
（4）Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄+H₂↑；2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑；偏大；能；
（5）32.5%；16.1%

点评：本题考查与实验相结合的化学方程式的计算，分析装置特点，明确反应原理是解题关键．