Question

18．北京奥运会祥云火炬的外壳材料是高强度的铝镁合金．某课外活动小组欲对铝镁合金进行研究，测定其中镁的质量分数，他们利用盐酸、氢氧化钠溶液设计了三种不同的实验方案：
方案一：铝镁合金$\stackrel{NaOH溶液}{→}$测定生成气体的体积
方案二：铝镁合金$\stackrel{盐酸}{→}$测定生成气体的体积
方案三：铝镁合金$\stackrel{盐酸}{→}$溶液$\stackrel{过量NaOH溶液}{→}$$\stackrel{过滤、洗涤、烧灼、冷却}{→}$称量灼烧产物的质量．
（1）写出方案一中发生反应的离子方程式2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）实验小组根据方案二设计了两个实验装置，如图（图中的铁架台已省略）．你认为选择乙（选填甲或乙）装置进行实验更合理，误差更小．
（3）用方案三进行实验时，除了称量灼烧产物质量外，还需称量的是合金样品的质量．
（4）拓展研究：在向铝镁合金溶于盐酸后的溶液中加入过量NaOH溶液时，生成沉淀的质量与加入NaOH溶液体积的关系可用数轴关系表示．
请你判断，根据图数轴申的数据能否求出合金中镁的质量分数？能（选填“能”或“不能”）．
下列①②两题选一题作答．
①若不能求出合金中镁的质量分数，请说明理由．
②若能求出合金中镁的质量分数，则镁的质量分数为30.8%（保留一位小数）．

Answer 1

分析 （1）铝和NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气；
（2）乙装置中可以能使盐酸与合金的反应随时停止，操作简单；
（3）还需要称量合金样品的质量；
（4）加入NaOH溶液50mL～60mL为Al（OH）₃与NaOH的反应，可计算Al³⁺的物质的量，则加入NaOH溶液10mL～50mL为Al³⁺和Mg²⁺消耗的体积，根据方程式Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓可知Al和Mg的物质的量之比，进而可计算镁的质量分数．

解答 解：（1）镁和氢氧化钠溶液不反应，但铝是可以的，反应的离子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）根据装置构造特点可知，乙装置中可以能使盐酸与合金的反应随时停止，操作简单，所以实验更合理，误差更小，
故答案为：乙；
（3）灼烧得到的是氧化镁，所以要计算合金中镁的质量分数，还需要称量合金样品的质量，
故答案为：合金样品的质量；
（4）根据数轴可知，溶解氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液是60ml-50ml=10ml，则生成氢氧化铝消耗的氢氧化钠溶液体积应该是30ml，所以生成氢氧化镁消耗的氢氧化钠溶液体积是50ml-10ml-30ml=10ml，则根据方程式Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓可知Al和Mg的物质的量之比是2：1的，则镁的质量分数是$\frac{24}{24+2×27}$×100×%=30.8%，
故答案为：能；30.8%．

点评 本题考查镁铝合金中镁质量分数测定探究实验的有关判断，属于中等难度的试题，试题综合性强，在注重对基础知识巩固和训练的同时，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计能力以及评价能力，要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论．