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．
背景资料：
①锌与铝性质相似，可以与NaOH溶液反应生成H₂和Na₂ZnO₂；
②Zn（OH）₂为白色固体，难溶于水，可溶于强碱和氨水．与氨水反应生成配合物[Zn（NH₃）₄]²⁺，该配合物遇强酸反应生成Zn²⁺、NH₄⁺甲同学设计的实验方案如下：

（1）方案中试剂M是

 

；沉淀B是

 

．
（2）操作Ⅰ的主要过程是：在滤液中逐滴加入

 

，直至生成的沉淀刚好溶解，再加入足量的

 

．
（3）若金属中含铝，则沉淀

 

（选填沉淀编号）的质量不为零；若金属中含锌，则沉淀

 

（选填沉淀编号）的质量不为零．
（4）乙同学对甲同学的方案做了如下改进：

与甲同学的方案相比，此方案的优点有

 

．
（5）某溶液中含有Zn²⁺、Al³⁺、NH₄⁺和SO₄^2-等离子，向其中逐滴加入NaOH溶液，则生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液体积关系的图象正确的是

 

．

（6）上题中当沉淀质量最大时，溶液呈

 

（从下列选项中选填，下同）；当沉淀只有一种成分时，溶液可能呈

 

．
A．酸性    B．中性      C．碱性       D．可能酸性，也可能碱性．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验探究和数据处理题

分析：根据甲同学设计实验方案，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为过量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；
（1）分析可知M为过量氢氧化钠溶液，沉淀B为氢氧化铝；
（2）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；
（3）依据上述分析可知，若金属中含铝，则沉淀B不为0；若金属中含锌，则沉淀C不为0；
（4）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；
（5）根据反应的先后顺序以及量的关系来分析．
（6）依据（5）中分析沉淀质量最大是锌、铝全部沉淀，则溶液中铵根离子水解显酸性，但沉淀只有一种成分，Al（OH）₃～NaOH，Zn（OH）₂～2NaOH，相同物质的量的沉淀溶解消耗的NaOH不同，则为Zn（OH）₂，溶液中含有偏铝酸钠，溶液呈碱性．

解答： 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，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）上述分析可知M为过滤的氢氧化钠溶液，沉淀B为Al（OH）₃沉淀，故答案为：过量NaOH溶液；Al（OH）₃；
（2）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）₃沉淀的分离；
故答案为：稀硫酸；稀氨水；  
（3）依据上述分析可知，若金属中含铝，则沉淀B为氢氧化铝不为0；若金属中含锌，则沉淀C为氢氧化锌不为0，故答案为：B；C；
（4）对比甲、乙两同学的实验，发现甲比乙多了第一步加稀硫酸，故答案为：步骤简单，节约试剂；
（5）先发生的反应是Al³⁺和Zn²⁺与OH^-生成沉淀，随后随着NaOH的加入，沉淀减少直至消失，此时是因为生成的沉淀都能溶解在NaOH溶液中，但Al（OH）₃～NaOH，Zn（OH）₂～2NaOH，所以相同物质的量的沉淀溶解消耗的NaOH不同，最后NH₄⁺和OH^-反应生成NH₃?H₂O，故选：B；
（6）依据（5）中分析沉淀质量最大是锌、铝全部沉淀，则溶液中铵根离子水解显酸性，但沉淀只有一种成分，Al（OH）₃～NaOH，Zn（OH）₂～2NaOH，相同物质的量的沉淀溶解消耗的NaOH不同，则为Zn（OH）₂，溶液中含有偏铝酸钠，溶液呈碱性，
故答案为：A；C．

点评：本题主要考查了金属的性质以及实验方案的设计，难度较大，尤其是铝、锌及其化合物性质的运用，流程分析是关键．