Question

某混合金属粉末，除Mg外还含有Al、Zn中的一种或两种，含量都在10%以上．某研究小组设计实验探究该混合金属粉末中铝、锌元素的存在．
所用试剂：样品、pH试纸、稀H₂SO₄、NaOH溶液、稀NH₃?H₂O
该小组探究过程如下：
查阅资料：
①镁、铝、锌都点白色金属；
②锌（Zn）可以与NaOH溶液反应生成H₂；
③Zn（OH）₂为白色固体，难溶于水，可溶于强碱及NH₃?H₂O；
④Zn²⁺易形成络合物[Zn(NH3)4]2+，该络合物遇强酸分解生成Zn2+、N

H

+ 4

．
提出假设：
（1）假设1：该混合金属粉末中除镁外还含有

 

元素；
（2）假设2：该混合金属粉末中除镁外还含有

 

元素；
（3）假设3：该混合金属粉末中除镁外还含有铝、锌元素．
实验探究：
基于假设3，甲同学设计了如图1所示的实验方案，乙同学设计了如图2所示的实验方案：

（1）试剂M是

 

．
（2）写出操作Ⅰ的过程

 

．
（3）丙同学认为乙同学的方案比甲同学的好，理由是

 

．
（4）丁同学研究了甲、乙两同学的方案后，用最简便的方法测定了W g样品中金属镁（Mg）的质量分数，他的方法

 

．

Answer 1

考点：物质的检验和鉴别的实验方案设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题,元素及其化合物

分析：提出假设：实验探究该混合金属粉末中铝、锌元素的存在，可假设只含Al，或假设只含Zn，或二者都有，以此验证；
实验探究：（1）（2）根据甲同学基于假设③设计实验方案，样品加入酸之后生成了镁盐、铝盐和锌盐，镁盐加过量的强碱生成了沉淀不溶解，而铝盐和锌盐加过量的强碱先生成了沉淀然后沉淀溶解；而镁盐、铝盐加过量的弱碱也生成了沉淀，然后沉淀不溶解，锌盐加过量的弱碱先生成了沉淀然后沉淀溶解，
由实验方案可知镁盐、铝盐和锌盐形成的沉淀分三次分离，
第一次为：Mg（OH）₂，试剂M为NaOH溶液，
第二次为：Al（OH）₃，铝盐和锌盐加过量的强碱先生成了沉淀，然后沉淀溶解，在滤液中逐滴加入稀硫酸，直至生成的沉淀刚好溶解，又形成了铝盐和锌盐，锌盐加过量的弱碱先生成了沉淀，然后沉淀溶解，铝盐加过量的弱碱也生成了沉淀，然后沉淀不溶解，这样实现了Al（OH）沉淀的分离；
第三次为Zn（OH）₂，在滤液中逐滴加入稀硫酸，直至生成的沉淀刚好溶解，再加入适量的NaOH溶液，形成沉淀；
（3）根据对比甲、乙两同学的实验，发现甲比乙多了第一步加稀硫酸；
（4）Mg不与碱反应，沉淀C为Mg，以此解答．

解答： 解：提出假设：除Mg外，还含有Al、Zn中的一种或两种，因此粉末的组成有三种可能，即除Mg外只含Al、只含Zn、或既含Al又含Zn，
故答案为：Al；Zn；
实验探究：由实验方案可知镁盐、铝盐和锌盐形成的沉淀分三次分离，
第一次为：Mg（OH）₂，试剂M为NaOH溶液，
第二次为：Al（OH）₃，铝盐和锌盐加过量的强碱先生成了沉淀，然后沉淀溶解，在滤液中逐滴加入稀硫酸，直至生成的沉淀刚好溶解又形成了铝盐和锌盐，锌盐加过量的弱碱先生成了沉淀，然后沉淀溶解，铝盐加过量的弱碱也生成了沉淀，然后沉淀不溶解，实现了Al（OH）₃沉淀的分离；
第三次为Zn（OH）₂，在滤液中逐滴加入稀硫酸，直至生成的沉淀刚好溶解，再加入适量的NaOH溶液，形成沉淀，
（1）由上述分析可知，试剂M为NaOH溶液，故答案为：NaOH溶液；
Al（OH）₃；
（2）操作I为在滤液中加入稀硫酸，直至生成的沉淀刚好溶解，再加入足量的稀氨水，故答案为：在滤液中加入稀硫酸，直至生成的沉淀刚好溶解，再加入足量的稀氨水；
（3）对比甲、乙两同学的实验，发现甲比乙多了第一步加稀硫酸，其优点为步骤简单，节约试剂，
故答案为：步骤简单，节约试剂；
（4）Mg不与碱反应，图2中沉淀C为Mg，将沉淀C小心洗涤、干燥后称量、计算即可测定了W g样品中金属镁（Mg）的质量分数，故答案为：将沉淀C小心洗涤、干燥后称量、计算即可．

点评：本题考查了金属的性质以及实验方案的设计，题目难度较大，尤其是锌及其化合物性质的运用，注意把握性质的差异分析分离流程为解答的关键．