Question

4．已知某合金粉末除含铝外，还含有铁、铜中的一种或两种．某实验小组对合金粉末中铁、铜的存在进行探究时，误把氢氧化钠溶液当成稀硫酸加入到合金粉末中，他们惊奇地发现也有无色气体产生．
【提出问题】难道NaOH溶液也能与某些金属发生化学反应吗？
【查阅资料】（1）铝能与氢氧化钠溶液反应，铁、铜不能与氢氧化钠溶液反应．
（2）铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑
（NaAlO₂易溶于水，溶液无色）．
【进行猜想】猜想1：该合金粉末中除铝外，还含有铁．
猜想2：该合金粉末中除铝外，还含有Cu．猜想3：该合金粉末中除铝外，还含有铁、铜．
【实验探究】下列实验仅供选用的试剂：20%的硫酸溶液、20%的NaOH溶液．

实 验 步 骤	实 验 现 象	结 论
①取一定量的合金粉末，加过量的20%的NaOH溶液，充分反应后过滤，滤渣备用	粉末部分溶解，并有无色气体放出	合金中一定含有铝
②取步骤①所得滤渣，加过量20%的H2SO4溶液， 充分反应	滤渣部分溶解，并有无色气体放出，溶液呈浅绿色	合金中一定含有铁，铜

【总结与反思】（3）猜想3成立．
（4）上述实验中用到的稀硫酸由浓硫酸稀释得到，稀释浓硫酸的方法是：将浓硫酸沿烧杯壁慢慢注入水中，并不断搅拌．
【探索与拓展】为进一步确定上述合金粉末的组成，他们称取其样品40g，并均分为两等分．向第一份中加入足量NaOH溶液，充分反应后测得生成H₂的质量为0.6g；向第二份中加入足量20%的硫酸溶液，完全反应后，经过滤、洗涤、干燥，称得剩余固体的质量为9.0g．计算：
（5）样品中铁的质量分数．
（6）第二份与20%的硫酸溶液反应所产生的气体的质量．

Answer 1

分析 【猜想】根据可能含有的物质进行组合分析；
【实验探究】根据题目资料中的信息：铝会与碱反应生成氢气，而铁和铜不会与碱反应，根据铁能与酸反应产生气体且溶液呈浅绿色，联系题目中所给现象--滤渣溶解会生成气体，且溶液显浅绿色反应进行分析得知合金中有铁；滤渣部分溶解，说明有不与酸反应的固体，铜在金属活动性顺序中排在氢的后面，不能与酸反应，得知合金中含有铜．
【总结与反思】
（4）稀释浓硫酸的方法是教材上的知识，由于浓硫酸溶于水时放热，所以要把浓硫酸沿烧杯壁慢慢注入水中，并不断搅拌．
（5）根据铜、铁和氢氧化钠溶液不反应，铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气；
（6）在金属活动性顺序中，只有排在氢前面的金属才能与酸反应放出氢气，排在氢后面的金属，不能与酸反应，其中铜排在氢的后面，不与酸反应；

解答 解：【猜想】合金中除了含有铝之外，还含有铁、铜中的一种或两种，结合题中的猜想可知还有铜，故答案为：铜；
【实验探究】铝会与碱反应生成氢气，而铁和铜不会与碱，滤渣溶解会生成气体，且溶液显浅绿色反应，铜不会与酸反应，可以先用氢氧化钠鉴别铝的存在，然后再根据与酸反应时的现象鉴别铁和铜的存在，故答案为：

实验操作	实验现象	实验结论
①30%氢氧化钠溶液	------	铝
②20%的硫酸溶液	------	铁、铜

（4）由于浓硫酸溶于水时放出大量的热，所以要把浓硫酸沿烧杯壁慢慢注入水中，并不断搅拌．故答案为：浓硫酸沿烧杯壁慢慢注入水中；
（5）铜、铁和氢氧化钠溶液不反应，铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应方程式为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，根据方程式知，铝的质量为x
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54                      6
x                       0.6g
$\frac{54}{x}=\frac{6}{0.6g}$
x=5.4g
由题意“其中一份加入到足量的20克稀硫酸中，合金部分溶解，有气泡产生．反应后过滤．得固体9克”可知，一份中铜的质量为9克；
样品中铁的质量分数=$\frac{20g-5.4g-9g}{20}×$100%=28%；
（6）由（5）可知：20g合金粉末中，铝为5.4g，铁5.6g
设5.6g生成氢气的质量为y
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，
56              2
5.6g             y
$\frac{56}{5.6g}=\frac{2}{y}$
y=0.2g
设5.4g生成氢气的质量为z
2Al+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑．
54                     6
5.4g                   z
$\frac{54}{5.4g}=\frac{6}{z}$
z=0.6g
第二份与20%的硫酸溶液反应所产生的气体的质量=0.2g+0.6g=0.8g
答案：
（1）猜想2   Cu；
[实验探究]

实 验 步 骤	实 验 现 象	结 论
①取一定量的合金粉末，加过量的 20%的 NaOH溶液，充分反应后过滤，滤渣备用	粉末部分溶解，并有无色气体放出	合金中一定含有 铝
②取步骤①所得滤渣，加过量 20%的H2SO4溶液， 充分反应	滤渣部分溶解，并有无色气体放出，溶液呈浅绿色	合金中一定含有 铁，铜

（4）将浓硫酸沿烧杯壁慢慢注入水中；
（5）28%；
（6）0.8g；

点评 此题以实验探究的形式考查了金属的化学性质，在解此类题时，首先分析需要鉴别的物质的性质，然后结合题中的现象进行逐一的鉴别．