题目内容

某课外活动小组欲对铝镁合金进行研究，测定其中镁的质量分数．
【查阅资料】
（1）氢氧化镁和氢氧化铝据难溶于水．难溶碱受热后能分解生成水和相应的金属氧化物．
（2）镁和氢氧化镁均不能与氢氧化钠溶液反应，但铝和氢氧化铝均能能与氢氧化钠溶液发生如下反应：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑　 Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
【方案设计】他们利用实验室提供的盐酸、氢氧化钠溶液设计了三种不同的实验方案：
方案一：铝镁合金 $数学公式$ 测定生成气体的体积　　
方案二：铝镁合金 $数学公式$ 测定生成气体的体积
方案三：铝镁合金 $数学公式$ 溶液 $数学公式$ 称量灼烧产物
【方案评价】
1）三个方案是否均可行，如有不可行的请说明理由．．
2）如果你是小组成员，你愿意采用何种方案？（填“方案一”、“方案二”或“方案三”）．理由是．
【实验设计】实验小组根据方案二设计了如下图所示（图中的铁架台已省略）的两个实验装置．
你认为选择选填甲或乙）装置进行实验更合理，误差更小．
【交流讨论】
（1）小组成员实验后，通过交流讨论普遍认为上述三个实验方案均存在操作不够简便或容易产生测量误差的问题．于是按照上述形式重新设计了方案，请你帮助他们完成新方案的设计（在→上方填写相应的试剂和操作）：
2）小组成员按照新的测定方案，取20g铝镁合金，研成金属粉末后，把100g氢氧化钠溶液平均分成5份依次加入，充分反应后，过滤出固体，将其洗涤、干燥、称量．实验过程中得到的部分数据与图象如下：
　加NaOH溶液的次数第一次第二次第三次 …
　　剩余固体的质量/g 1 6.5 n 9.5 …
（1）小组成员将铝镁合金研成金属粉末的目的是．
（2）分析以上数据可知，上表中n的值为；
（3）该金属粉末中Al的质量分数为%
（4）列式计算：所用氢氧化钠溶液的溶质质量分数为多少？计算过程：________．

解：：【方案评价】1）铝镁合金中镁的质量分数= $\text{[math]}$ ×100%，而三个方案均没有称取合金样品的质量；2）要采取的方案应该可操作性强，成本低，第三个方案还要对固体进行灼烧处理，相对来说麻烦，不如方案一和二简单；
【实验设计】实验乙和甲相比较，乙装置产生氢气的速度取决于加入盐酸量的多少，只需将试管稍微向右倾斜，反应即发生，当合金反应完毕，反应即可结束，误差小；
【交流讨论】1）根据镁和氢氧化钠不反应而铝和氢氧化钠反应的结论，可采取的方案为：称取铝镁合金质量 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 称取剩余固体的总质量；
2）（1）影响化学反应速率的因素之一：增大反应物的接触面积，故将铝镁合金研成金属粉末的目的是增大金属与氢氧化钠溶液的接触面积，使反应完全；
（2）通过实验数据可知前三次每次消耗金属的质量为3.5g．所以第二次剩余金属固体的质量为16.5g-3.5g=13.5g，故n=13；
（3）由题意知，最后剩余固体的质量6g全部为金属镁，金属粉末中Al的质量分数= $\text{[math]}$ ×100%=70%．
（4）解：设氢氧化钠溶液中溶质质量分数为x
2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑
54 80
（20-6）g 80xg
$\text{[math]}$ 解得x=25.9%
答：氢氧化钠溶液中溶质质量分数为25.9%．
故答案为：【方案评价】
1）三个方案均不可行；三个方案均没有称取合金样品的质量；
2）方案一（或方案二）；操作简便，计算过程方便（或操作简便，成本低）；
【实验设计】乙
【交流讨论】1）称取铝镁合金质量 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 称取剩余固体的总质量；
2）（1）增大金属与氢氧化钠溶液的接触面积，使反应完全；
（2）13；
（3）70；
（4）25.9%；
解：设氢氧化钠溶液中溶质质量分数为x
2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑
54 80
（20-6）g 80xg
$\text{[math]}$ 解得x=25.9%
答：氢氧化钠溶液中溶质质量分数为25.9%．
分析：一般情况下，活泼金属、金属氧化物和碱只能和稀酸溶液反应，不能和碱溶液反应，但金属铝、氧化铝和氢氧化铝既能和酸溶液反应，也能和强碱溶液反应，因此利用这一点来测定镁铝合金中镁的质量分数．
点评：本题难度较大，主要考查了某些金属的化学性质及有关的化学方程式的计算，培养学生的分析能力和理解能力．