Question

铝镁合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料．研究性学习小组的同学，为测定某不同品牌铝镁合金（不含其它元素）中镁的质量分数，设计下列两种不同实验方案进行探究．填写下列空白．
[探究一]实验方案：铝镁合金

盐酸

测定生成气体的体积
实验装置如右图，问题讨论：
（1）反应完毕，每间隔1分钟读取气体体积，气体体积逐渐减小，直至不变．气体体积减小的原因是

 

（仪器和实验操作的影响因素除外）．
（2）为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题除了检查装置的气密性、加入足量盐酸使合金完全溶解和按（1）操作外，请再写出两点：
①

 

②

 

（3）如果用分析天平准确称取0.51g镁铝合进行实验，测得生成气体体积为560mL（已折算成标况下体积），请计算合金中镁的质量分数．（请写出计算过程）
[探究二]实验方案：称量Bg另一品牌铝镁合金粉末．放在如右图所示装置的惰性电热板上，通电使其充分灼烧．

问题讨论：
（1）欲计算Mg的质量分数，该实验中还需测定的数据是

 

（2）用本方案进行实验时，装置中至少要充入O₂的物质的量

 

mol（用含B的最简式表示）．
[实验拓展]研究小组对某无色透明的溶液进行实验，发现该溶液跟铝反应时放出H₂，试判断下列离子：Mg²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、H⁺、Ag⁺、SO₄^2-、HCO₃^-、OH^-、NO₃^-，在下列两种情况下，可能存在于此溶液中的是：
①当与铝反应后生成Al³⁺时，原溶液可能大量存在的离子

 

．
②当与铝反应后生成[Al（OH）₄]^-时，原溶液可能大量存在的离子是

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：[探究一]（1）活泼金属与酸的反应是放热反应，故气体体积减小的原因是反应放热，气体温度较高，温度降低时，气体体积减小；
（2）①要使容器中的压强相等才能计量准确，即调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平；②排除认为的原因，即读数时保证视线与凹液面的最低点相平．
（3）560 mL即0.025mol，Mg～H₂↑、Al～

3

2

H₂↑，
24n（Mg）+27n（Al）=0.51、n（Mg）+

3

2

n（Al）=0.025；
解得：n（Al）=0.01mol
n（Mg）=0.01mol
m（Mg）=24n（Mg）=0.024g，合金中镁的质量分数为

0.024g

0.51g

×100%=47.1%．
[探究二]（1）欲计算镁的质量分数，该实验中还需测定的一种数据是：完全反应后生成的固体的质量．
（2）如果合金全是铝，消耗氧气是最少的，关系式为Al～～～3/4O₂，经计算得装置中至少要充入O₂的物质的量为B/36mol．
[实验拓展]（1）生成Al³⁺，证明体系中存在H⁺，能与H+共同存在的是Ba²⁺，Cu²⁺，Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，NO₃^-，溶液无色，排除Cu²⁺
若存在NO₃^-，则不与Al反应产生H⁺，产生NO或者NO₂，故而NO₃^-不存在，余下的Ba²⁺和SO₄^2-不能同时存在
故而体系中存在Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，无论哪种情况Ag⁺均不能存在，Ag₂SO₄和AgCl均溶解度小；
（2）生成AlO₂^-，证明体系含OH-
2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
含有OH^-，则不能含有Mg²⁺（否则Mg（OH）₂沉淀），不能有H⁺，不能有Ag⁺，不能有Cu²⁺，不能有HCO₃^-
剩余为Ba²⁺，SO₄^2-，SO₃^2-，NO₃^-，OH^-，溶液中必有阳离子，Ba²⁺，所以没有SO₃^2-和SO₄^2-，只剩下：Ba²⁺，NO₃^-，OH^-；

解答： 解：[探究一]（1）活泼金属与酸的反应是放热反应，故气体体积减小的原因是反应放热，气体温度较高，温度降低时，气体体积减小；
故答案为：反应放热，气体温度较高，温度降低时，气体体积减小；
（2）①要使容器中的压强相等才能计量准确，即调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平；②排除认为的原因，即读数时保证视线与凹液面的最低点相平；
故答案为：调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平；读数时保证视线与凹液面的最低点相平
（3）560 mL即0.025mol，Mg～H₂↑、Al～

3

2

H₂↑，
24n（Mg）+27n（Al）=0.51、n（Mg）+3/2 n（Al）=0.025．解得n（Al）=0.01mol，n（Mg）=0.01mol．
m（Mg）=24n（Mg）=0.024（g）．合金中镁的质量分数为0.024g/0.51g*100%=47.1%；
答：合金中镁的质量分数为47.1%；
[探究二]①欲计算镁的质量分数，欲计算Mg的质量分数，该实验中还需测定的数据是灼烧后固体的质量；
故答案为：灼烧后固体的质量；
（2）如果合金全是铝，消耗氧气是最少的，关系式为Al～

3

4

O₂，经计算得装置中至少要充入O₂的物质的量为

B

36

mol；
故答案为：

B

36

；
[实验拓展]（1）生成Al³⁺，证明体系中存在H⁺
能与H+共同存在的是Ba²⁺，Cu²⁺，Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，NO₃^-，溶液无色，排除Cu²⁺
若存在NO₃^-，则不与Al反应产生H⁺，产生NO或者NO₂，故而NO₃^-不存在
余下的Ba²⁺和SO₄^2-不能同时存在
故而体系中存在Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，无论哪种情况Ag⁺均不能存在，Ag₂SO₄和AgCl均溶解度小；原溶液可能大量存在的离子Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-；
故答案为：Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-；
②生成AlO₂^-，证明体系含OH-
2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
含有OH^-，则不能含有Mg²⁺（否则Mg（OH）2沉淀），不能有H⁺，不能有Ag⁺，不能有Cu²⁺，不能有HCO₃^-
剩余为Ba²⁺，SO₄^2-，SO₃^2-，NO₃^-，OH^-；
溶液中必有阳离子，Ba²⁺，所以没有SO₃^2-和SO₄^2-，只剩下：Ba²⁺，NO₃^-，OH^-；
故答案为：Ba²⁺、OH^-、NO₃^-；

点评：本题主要考查物质含量的测定、对实验原理与装置的理解、实验方案设计等，难度中等，理解实验原理是解题的关键，是对知识的综合考查，需要学生具有知识的基础与综合运用知识分析问题、解决问题的能力．