Question

某課外活動(dòng)小組欲對(duì)鋁鎂合金進(jìn)行研究，測(cè)定其中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
【查閱資料】
（1）氫氧化鎂和氫氧化鋁據(jù)難溶于水．難溶堿受熱后能分解生成水和相應(yīng)的金屬氧化物．
（2）鎂和氫氧化鎂均不能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，但鋁和氫氧化鋁均能能與氫氧化鈉溶液發(fā)生如下反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑   Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
【方案設(shè)計(jì)】他們利用實(shí)驗(yàn)室提供的鹽酸、氫氧化鈉溶液設(shè)計(jì)了三種不同的實(shí)驗(yàn)方案：
方案一：鋁鎂合金

NaOH溶液  .

測(cè)定生成氣體的體積    
方案二：鋁鎂合金

鹽酸  .

測(cè)定生成氣體的體積
方案三：鋁鎂合金

鹽酸  .

溶液

過(guò)量NaOH溶液  .

稱(chēng)量灼燒產(chǎn)物
【方案評(píng)價(jià)】
1）三個(gè)方案是否均可行，如有不可行的請(qǐng)說(shuō)明理由．

 

．
2）如果你是小組成員，你愿意采用何種方案？

 

（填“方案一”、“方案二”或“方案三”）．理由是

 

．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)方案二設(shè)計(jì)了如下圖所示（圖中的鐵架臺(tái)已省略）的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置．
你認(rèn)為選擇

 

選填甲或乙）裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)更合理，誤差更�。�
【交流討論】
（1）小組成員實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)交流討論普遍認(rèn)為上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案均存在操作不夠簡(jiǎn)便或容易產(chǎn)生測(cè)量誤差的問(wèn)題．于是按照上述形式重新設(shè)計(jì)了方案，請(qǐng)你幫助他們完成新方案的設(shè)計(jì)（在→上方填寫(xiě)相應(yīng)的試劑和操作）：

 

2）小組成員按照新的測(cè)定方案，取20g鋁鎂合金，研成金屬粉末后，把100g氫氧化鈉溶液平均分成5份依次加入，充分反應(yīng)后，過(guò)濾出固體，將其洗滌、干燥、稱(chēng)量．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)與圖象如下：

加NaOH溶液的次數(shù)	第一次	第二次	第三次	…
剩余固體的質(zhì)量/g	1 6.5	n	9.5	…

（1）小組成員將鋁鎂合金研成金屬粉末的目的是

 

．
（2）分析以上數(shù)據(jù)可知，上表中n的值為

 

；
（3）該金屬粉末中Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

%
（4）列式計(jì)算：所用氫氧化鈉溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？計(jì)算過(guò)程：

 

 

．

Answer 1

分析：一般情況下，活潑金屬、金屬氧化物和堿只能和稀酸溶液反應(yīng)，不能和堿溶液反應(yīng)，但金屬鋁、氧化鋁和氫氧化鋁既能和酸溶液反應(yīng)，也能和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，因此利用這一點(diǎn)來(lái)測(cè)定鎂鋁合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答：解：：【方案評(píng)價(jià)】1）鋁鎂合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

金屬鎂的質(zhì)量

合金的總質(zhì)量

×100%，而三個(gè)方案均沒(méi)有稱(chēng)取合金樣品的質(zhì)量；2）要采取的方案應(yīng)該可操作性強(qiáng)，成本低，第三個(gè)方案還要對(duì)固體進(jìn)行灼燒處理，相對(duì)來(lái)說(shuō)麻煩，不如方案一和二簡(jiǎn)單；
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】實(shí)驗(yàn)乙和甲相比較，乙裝置產(chǎn)生氫氣的速度取決于加入鹽酸量的多少，只需將試管稍微向右傾斜，反應(yīng)即發(fā)生，當(dāng)合金反應(yīng)完畢，反應(yīng)即可結(jié)束，誤差小；
【交流討論】1）根據(jù)鎂和氫氧化鈉不反應(yīng)而鋁和氫氧化鈉反應(yīng)的結(jié)論，可采取的方案為：稱(chēng)取鋁鎂合金質(zhì)量

過(guò)量NaOH溶液

 

過(guò)濾

 

洗滌

干燥

 稱(chēng)取剩余固體的總質(zhì)量；
2）（1）影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素之一：增大反應(yīng)物的接觸面積，故將鋁鎂合金研成金屬粉末的目的是增大金屬與氫氧化鈉溶液的接觸面積，使反應(yīng)完全；
（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知前三次每次消耗金屬的質(zhì)量為3.5g．所以第二次剩余金屬固體的質(zhì)量為16.5g-3.5g=13.5g，故n=13；
（3）由題意知，最后剩余固體的質(zhì)量6g全部為金屬鎂，金屬粉末中Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

20g-6g

20g

×100%=70%．
（4）解：設(shè)氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x
2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑       
54           80
（20-6）g    80xg                     

54

80

=

14g

80xg

     解得x=25.9%      
答：氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.9%．
故答案為：【方案評(píng)價(jià)】
1）三個(gè)方案均不可行；三個(gè)方案均沒(méi)有稱(chēng)取合金樣品的質(zhì)量；
2）方案一（或方案二）；操作簡(jiǎn)便，計(jì)算過(guò)程方便（或操作簡(jiǎn)便，成本低）；
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】乙
【交流討論】1）稱(chēng)取鋁鎂合金質(zhì)量

過(guò)量NaOH溶液

 

過(guò)濾

 

洗滌

干燥

 稱(chēng)取剩余固體的總質(zhì)量；
2）（1）增大金屬與氫氧化鈉溶液的接觸面積，使反應(yīng)完全；
（2）13；
（3）70；
（4）25.9%；
解：設(shè)氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x
2Al+2H₂O+2NaOH=2NaAlO₂+3H₂↑       
54           80
（20-6）g    80xg                     

54

80

=

14g

80xg

     解得x=25.9%      
答：氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.9%．

點(diǎn)評(píng)：本題難度較大，主要考查了某些金屬的化學(xué)性質(zhì)及有關(guān)的化學(xué)方程式的計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和理解能力．