Question

3．2011年初，我国“歼20”的试飞引起了世界各国的关注，为减轻飞机的重量，飞机常采用密度较小的镁铝合金作为飞机主体．工厂检测员常通过检测合金中各元素的含量确定合金是否合格．某研究性学习小组的同学，为测定某含镁3%～5%的铝镁合金（不含其它元素）中镁的质量分数，设计了下列两种不同实验方案进行探究．填写下列空白．
实验方案I：铝镁合金$\stackrel{NaOH溶液}{→}$ 测定剩余固体质量
实验中发生反应的化学方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
实验步骤：
（1）称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入VmL 2.0mol/L NaOH溶液中，充分反应．NaOH溶液的体积V≥97mL．
（2）过滤、洗涤、干燥、称量固体．该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将偏高（填“偏高”或“偏低”）．
实验方案Ⅱ：铝镁合金$\stackrel{盐酸}{→}$测定生成气体的体积实验装置如图，问题讨论：
（3）某同学提出该实验装置不够完善，应在A、B之间添加一个干燥、除酸雾的装置．你的意见是：不需要（填“需要”或“不需要”）．
（4）为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题是（写出两点）：①调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平；②待冷却至室温再读体积．

Answer 1

分析 镁铝合金和氢氧化钠溶液反应，铝溶解生成偏铝酸钠和氢气；
实验方案I：铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气；
（1）镁的质量分数最小时，金属铝的质量最大，需要的氢氧化钠溶液最多，实际需要氢氧化钠溶液的体积应大于或等于最大值，据此计算；
（2）镁上会附着偏铝酸钠等物质，未洗涤导致测定的镁的质量偏大；
实验方案Ⅱ：
（3）氯化氢极易溶于水，挥发的氯化氢不影响氢气体积的测定结果，所以不需要加除雾装置；
（4）调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平，待冷却至室温再读体积等会影响测定结果．

解答 解：实验方案I：铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气，反应方程式为2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）含镁为零时，金属铝的含量最高，5.4g合金中铝的质量为，5，4g×97%=5.238g，则：
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54g 2mol
5.238g V×10^-3L×2.0mol/L
所以54g：5.238g=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），
解得：V=97mL，故V（NaOH溶液）≥97mL；
故答案为：97mL；
（2）镁上会附着偏铝酸钠等物质，未洗涤导致测定的镁的质量偏大，镁的质量分数偏高，则铝的质量分数偏低，故答案为：偏高；
实验方案Ⅱ：
（3）由于氯化氢极易溶于水，挥发的氯化氢不影响氢气体积的测定结果，所以不需要加除雾装置，故答案为：不需要；
（4）调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平，待冷却至室温再读体积等会影响测定结果；
故答案为：调整量气管C的高度，使C中液面与B液面相平；待冷却至室温再读体积．

点评 本题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．