题目内容

15．某种硬铝合金是由 Al、Cu、Mg三种金属组成，主要应用于耐热可焊的结构件及锻件．某研究小组欲探究该合金的性质并测定合金中铝的质量分数：
（1）甲同学预测：该合金与10mol/L硝酸反应时有NO2气体生成，可能还有NO生成．
查阅资料：常温下，NO2与N2O4混合存在，在低于0℃时几乎只有无色的N2O4液体或晶体存在．设计如下装置进行实验．按图连接装置并检验气密性后，称取5g 合金放于圆底烧瓶中，并滴加10mol/L硝酸．

①合金中Cu与稀硝酸反应的离子方程式是3Cu+2NO3-+8H+=Cu2++2NO↑+4H2O．
②C装置的目的是将生成的NO2冷凝为N2O4，与NO分离，排除干扰．
③能证明有NO生成的实验操作与现象是打开活塞K，鼓入空气，若D中的气体由无色变为红棕色，证明有NO生成．
④实验进行至A中固体全部溶解后，未检验到有NO生成，甲同学认为硬铝合金与10mol/L硝酸反应时没有NO生成．乙同学认为不能确定是否生成了NO，需补充操作才能证明，该操作是在加入HNO3前，通入N2，除尽装置中的空气．
（2）为测定合金中铝的质量分数，丙同学查阅资料：
部分金属离子生成氢氧化物沉淀的pH
金属离子开始沉淀时的pH沉淀完全的pH
Al3+3.44.7
Cu2+4.16.9
Mg2+9.412.4
pH＞7.8时，Al（OH）3开始溶解，pH＞10.8时沉淀完全溶解．
设计如下方案并进行实验：

①调节pH时，应控制pH的范围是pH≥12.4．
②选用NaOH溶液调节pH，得到溶液B的离子方程式是Al3++4OH-=AlO2-+2H2O．
③Al（OH）3经过滤、洗涤、灼烧至恒重后称量，质量为8.5g，则该合金中铝的质量分数是90%．

分析 （1）①铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮气体和水；
②根据“常温下，NO2与N2O4混合存在，在低于0℃时几乎只有无色的N2O4液体或晶体存在”及实验目的分析；
③二氧化氮为红棕色气体，可以根据A中生成气体颜色及C中是否有固体生成判断；D中通入氧气，无色气体变为红棕色可以证明生成的气体中含有NO；
④NO能够与空气中氧气反应生成二氧化氮，影响的实验测定；
（2）①根据反应流程可知，溶液B中含有偏铝酸根离子，沉淀C为氢氧化镁、氢氧化铜，所以调节的溶液的pH必须使氢氧化铝完全溶解；
②溶液B中含有偏铝酸根离子，发生反应为铝离子与氢氧根离子反应生成偏铝酸根离子和水；
③氢氧化铝灼烧生成氧化铝，根据氧化铝的质量计算出铝离子的物质的量，再计算出合金中铝的质量分数．

解答 解：（1）①铜与稀硝酸反应生成NO气体，反应的离子方程式为：3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O，
故答案为：3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O；
②已知常温下，NO2与N2O4混合存在，在低于0℃时几乎只有无色的N2O4液体或晶体存在，而实验目的是检验生成的气体中含有NO，所以装置C的作用是将生成的NO2冷凝为N2O4，与NO分离，排除干扰，
故答案为：将生成的NO2冷凝为N2O4，与NO分离，排除干扰；
③若A中有红棕色的气体生成，C中有无色的液体或晶体存在，则证明反应中有二氧化氮气体生成；能证明有NO生成的实验操作与现象为：打开活塞K，鼓入空气，若D中的气体由无色变为红棕色，证明有NO生成，
故答案为：打开活塞K，鼓入空气，若D中的气体由无色变为红棕色，证明有NO生成；
④由于装置中氧气与NO反应生成二氧化氮，干扰了实验，所以应该加入HNO3前，通入N2，除尽装置中的空气，
故答案为：在加入HNO3前，通入N2，除尽装置中的空气；
（2）①结合反应流程可知，溶液B中含有偏铝酸根离子，沉淀C为氢氧化镁、氢氧化铜，则调节溶液的pH必须满足，镁离子、铜离子完全沉淀，而铝离子完全转化成偏铝酸根离子，根据表中数据及氢氧化铝完全溶解的pH可知，此时的pHpH≥12.4，
故答案为：pH≥12.4；
②溶液B中含有偏铝酸根离子，反应的离子方程式为：Al3++4OH-=AlO2-+2H2O，
故答案为：Al3++4OH-=AlO2-+2H2O；
③8.5g为氧化铝的质量，则氧化铝的物质的量为：$\frac{8.5g}{102g/mol}$≈0.0833mol，根据质量守恒可知合金中含有铝的物质的量为：0.0833mol×2=0.1666mol，所以合金中铝的质量分数为：$\frac{27g/mo×0.1666mol}{5g}$×100%≈90.0%，
故答案为：90.0%．

点评 本题考查了探究物质组成、测量物质含量的方法，题目难度较大，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力，明确测定原理为解答关键，注意熟练掌握化学实验基本操作方法．

练习册系列答案
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