Question

为测定镁铝合金（不含其它元素）中铝的质量分数，甲乙两个学习小组设计了下列二种不同的实验方案进行探究．请回答下列问题：
（一）甲组：实验方案：镁铝合金

足量NaOH溶液

测定剩余固体质量
实验步骤：
①称量：托盘天平称量2.7g镁铝合金粉末
②溶解：将①中药品加入烧杯中，用量筒量取至少

 

mL 1mol/L NaOH 溶液加入烧杯中，不断搅拌，充分反应
③过滤：
④洗涤：若未对过滤所得固体进行洗涤，测得铝的质量分数将

 

 （填“偏高”、“偏低”或“不变”），证明固体已洗涤干净的方法为

 

⑤干燥、称量剩余固体
（二）乙组：
实验方案：
实验装置如图，实验步骤如下：
①按图连接好装置
②称取两份质量均为0.3g 的镁铝合金样品粉末，分别放入A装置左右两个管中，向B装置中加入一定量的水，把装置A．B的胶塞塞好，然后调节C的高度使B和C中的液面相平，记录下此时的体积为112mL
③通过注射器的针头向装置A左侧管中注入足量的稀盐酸，等不再有气泡产生时，调节装置C的高度，使B和C中的液面相平时记录下此时的体积为448mL
④通过另一针头向装置A右侧管中加入足量的稀NaOH溶液，等不再有气泡产生时，调节装置C的高度，使B和C中的液面相平时记录下此时的体积为672mL．
问题和讨论：
（1）上述实验步骤①和②之间必须加一步

 

的操作，具体方法为

 

．
（2）为使气体体积测定结果不至于引起很大偏差，除了应注意使B和C中的液面相平外，在反应完全后至读数之前，还需要注意的关键问题是（有几点写几点）

 

．
（3）计算合金中铝的质量分数时，是否需要将气体体积折算为标准状况的体积

 

，试根据题中数据计算出合金中铝的质量分数为

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：化学实验与化学计算

分析：（一）甲组②依据铝和氢氧化钠反应的化学方程式计算需要的氢氧化钠溶液体积，依据溶液体积选择量筒；
④固体表面沾有偏铝酸钠溶液，称量剩余固体质量会偏大，测定铝的质量分数减小；证明固体洗涤干净的方法是验证是否存在偏铝酸钠 溶液设计实验验证；
（二）乙组
（1）分析流程和步骤可知测定气体体积的方法测定合金质量分数，装置需要气密性完好，应对装置进行气密性检查；检查装置气密性的方法是利用装置中 压强变化和液面变化设计；
（2）使B和C中的液面相平，后还需要冷却溶液温度到室温读取气体体积；
（3）分析实验过程可知开始量气管是112ml，加入足量盐酸，镁和铝全部反应生成氢气，此时量气管体积为448ml，说明生成氢气为336ml；另一端加入氢氧化钠溶液和铝反应生成氢气，最后量气管读数为672ml，说明生成氢气体积为224ml；依据数据和反应生成氢气的量计算合金中铝的质量分数．

解答： 解：（一）甲组：②依据化学方程式计算，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+H₂↑，2.7g镁铝合金全部是铝的质量，物质的量为0.1mol，需要氢氧化钠物质的量0.1mol，所以氢氧化钠溶液体积=

0.1mol

1.25mol/L

=0.08L=80ml，依据选择量筒的原则是大而近，应选择100mL的量筒，故答案为：100；
④固体表面沾有偏铝酸钠溶液，称量剩余固体质量会偏大，测定铝的质量分数减小，测定质量分数偏低；证明固体洗涤干净的方法是验证是否存在偏铝酸钠溶液设计实验验证，实验设计为：取少量洗涤液逐滴加入稀盐酸至过量，若整个过程未出现沉淀则说明洗涤干净；
故答案为：偏低；取少量洗涤液逐滴加入稀盐酸至过量，若整个过程未出现沉淀则说明洗涤干净；
（二）乙组
（1）分析流程和步骤可知测定气体体积的方法测定合金质量分数，装置需要气密性完好，应对装置进行气密性检查；检查方法为：向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，静置一会儿，若液面不发生变化则气密性良好；
故答案为：检查气密性；向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，静置一会儿，若液面不发生变化则气密性良好；
（2）使B和C中的液面相平，后还需要冷却溶液温度到室温平视读取气体体积，避免热溶液对读数产生误差；
故答案为：用量气管量气前气体是否冷却到室温，平视读数；
（3）分析实验过程可知开始量气管是112ml，加入足量盐酸，镁和铝全部反应生成氢气，此时量气管体积为448ml，说明生成氢气为336ml；另一端加入氢氧化钠溶液和铝反应生成氢气，最后量气管读数为672ml，说明生成氢气体积为224ml，依据化学方程式计算铝的质量分数，设合金中镁物质的量为x，铝物质的量为y：
Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑，
1              1
x              x
2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑，
2                3
y                 1.5y
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
2                       3
y                       1.5y
x+1.5y=

336

Vm

1.5y=

22.4

Vm

x=

11.2

Vm

mol
y=

44.8

3Vm

mol
铝的质量分数=

44.8 3Vm ×27

44.8 3Vm ×27+ 11.2 Vm ×24

×100%=60%，所以不需要将气体体积折算为标准状况的体积，
故答案为：否；60%．

点评：本题考查了实验探究物质组成的实验设计和过程分析判断，掌握基础和实验基本操作是关键，题目难度中等．