Question

13．含镁3%～5%的镁铝合金是轮船制造、化工生产、机械制造等行业的重要原材料．现有一块质量为wg的镁铝合金，某研究性学习小组欲测定其中镁的质量分数．
【查阅资料】已知铝与NaOH溶液反应生成易溶于水的偏铝酸钠（NaAl0₂）和H₂，化学方程式：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；镁不与NaOH溶液反应．氢氧化铝能与氢氧化钠溶液发生反应生成易溶于水的偏铝酸钠（NaAlO₂）和H₂O，化学方程式为：Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O；氢氧化镁不与氢氧化钠溶液反应．
【提出猜想】利用镁铝与酸、铝与碱、氢氧化铝与碱反应的化学性质来测定合金中镁的质量分数．
【设计方案】研究小组设计了不同的实验方案．
方案1：镁铝合金与过量盐酸反应测定生成气体在标准状况下的体积为V₁L；
方案2：镁铝合金与过量的NaOH溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥、称量剩余固体的质量为w₁g；
方案3：镁铝合金与过量盐酸溶液反应后再与过量NaOH溶液反应，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀的质量为w₂g
【问题讨论】请你参与研究小组的研究过程，并回答有关问题：
（1）研究小组利用如图所示实验装置，按照方案1进行了实验．
①装置中仪器a的名称是圆底烧瓶．
②实验装置中有一处明显错误，请指出广口瓶中进气导管插入水中；排水导管未插至广口瓶底部．
（2）方案2中剩余固体是镁；若方案2进行实验，测得镁的质量分数为$\frac{{W}_{1}}{W}$×100%．
（3）方案3中“过滤”得到的沉淀是氢氧化镁．
（4）某同学又设计了与上述方案原理不同的方案4，也能测得镁的质量分数．请你在横线上填写合适的内容，将该方案补充完整．
方案4：镁铝合金与过量NaOH溶液反应测定生成气体在标准状况下的体积为V₂L．
【方案评价】
（5）在实验方案1～4中你认为最佳的实验方案是方案2．

Answer 1

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，因此利用这一点来证明镁铝合金中镁的质量分数．

解答 解：（1）①根据图示不难看出，仪器a指的是圆底烧瓶，故答案为：圆底烧瓶
②由于是根据排出的水的体积来测定生成的气体的体积，因此广口瓶中的进气管应刚露出橡皮塞，而出气管应伸入到瓶底，故答案为：“广口瓶中进气导管插入水中；排水导管未插至广口瓶底部
（2）由于方案2是在镁铝合金中加入过量的氢氧化钠溶液反应，只有金属铝可以和氢氧化钠溶液反应生成易溶于水的偏铝酸钠和氢气，而镁不参与反应，因此剩余固体是金属镁，镁的质量是W₁g，因此合金中镁的质量分数为：$\frac{{W}_{1}}{W}$×100%，故答案为：镁，$\frac{{W}_{1}}{W}$×100%；
（3）由于金属镁和铝首先和稀盐酸反应生成氯化镁和氯化铝，而氯化镁和氢氧化钠溶液反应生成难溶性的氢氧化镁和氯化钠，氯化铝和氢氧化钠溶液反应会生成难溶性的氢氧化铝和氯化钠，但是氢氧化铝沉淀还能够继续和氢氧化钠溶液反应生成易溶于水的偏铝酸钠和水，因此最后得到的沉淀是氢氧化镁，故答案为：氢氧化镁
（4）根据题意不难知道，合金中的金属铝可以和氢氧化钠溶液反应生成氢气，而镁不能，因此可以通过金属铝和氢氧化钠溶液反应生成的氢气的体积也可以计算出结果，故答案为：过量NaOH溶液
（5）在这四个方案中，只有方案2中测得的固体的质量就是金属镁的质量，而其他的方案中还得通过化学反应进行计算才能得出金属镁的质量，从而计算得出结果，故答案为：方案2．

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．