Question

某課外活動小組欲對鋁鎂合金進行研究，測定其中鎂的質量分數．
【查閱資料】
（1）氫氧化鎂和氫氧化鋁據難溶于水．難溶堿受熱后能分解生成水和相應的金屬氧化物．
（2）鎂和氫氧化鎂均不能與氫氧化鈉溶液反應，但鋁和氫氧化鋁均能能與氫氧化鈉溶液發生如下反應：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑   Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
【方案設計】他們利用實驗室提供的鹽酸、氫氧化鈉溶液設計了三種不同的實驗方案：
方案一：鋁鎂合金

NaOH溶液  .

測定生成氣體的體積    
方案二：鋁鎂合金

鹽酸  .

測定生成氣體的體積
方案三：鋁鎂合金

鹽酸  .

溶液

過量NaOH溶液  .

稱量灼燒產物
【方案評價】
1）三個方案是否均可行，如有不可行的請說明理由．

 

．
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

 

．
【實驗設計】實驗小組根據方案二設計了如下圖所示（圖中的鐵架臺已省略）的兩個實驗裝置．
你認為選擇

 

選填甲或乙）裝置進行實驗更合理，誤差更小．
【交流討論】
（1）小組成員實驗后，通過交流討論普遍認為上述三個實驗方案均存在操作不夠簡便或容易產生測量誤差的問題．于是按照上述形式重新設計了方案，請你幫助他們完成新方案的設計（在→上方填寫相應的試劑和操作）：

 

2）小組成員按照新的測定方案，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，充分反應后，過濾出固體，將其洗滌、干燥、稱量．實驗過程中得到的部分數據與圖象如下：

加NaOH溶液的次數	第一次	第二次	第三次	…
剩余固體的質量/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）分析以上數據可知，上表中n的值為

 

；
（3）該金屬粉末中Al的質量分數為

 

%
（4）列式計算：所用氫氧化鈉溶液的溶質質量分數為多少？計算過程：

 

 

．

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，不能和堿溶液反應，但金屬鋁、氧化鋁和氫氧化鋁既能和酸溶液反應，也能和強堿溶液反應，因此利用這一點來測定鎂鋁合金中鎂的質量分數．

解答：解：：【方案評價】1）鋁鎂合金中鎂的質量分數=

金屬鎂的質量

合金的總質量

×100%，而三個方案均沒有稱取合金樣品的質量；2）要采取的方案應該可操作性強，成本低，第三個方案還要對固體進行灼燒處理，相對來說麻煩，不如方案一和二簡單；
【實驗設計】實驗乙和甲相比較，乙裝置產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，反應即發生，當合金反應完畢，反應即可結束，誤差小；
【交流討論】1）根據鎂和氫氧化鈉不反應而鋁和氫氧化鈉反應的結論，可采取的方案為：稱取鋁鎂合金質量

過量NaOH溶液

 

過濾

 

洗滌

干燥

 稱取剩余固體的總質量；
2）（1）影響化學反應速率的因素之一：增大反應物的接觸面積，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，使反應完全；
（2）通過實驗數據可知前三次每次消耗金屬的質量為3.5g．所以第二次剩余金屬固體的質量為16.5g-3.5g=13.5g，故n=13；
（3）由題意知，最后剩余固體的質量6g全部為金屬鎂，金屬粉末中Al的質量分數=

20g-6g

20g

×100%=70%．
（4）解：設氫氧化鈉溶液中溶質質量分數為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質量分數為25.9%．
故答案為：【方案評價】
1）三個方案均不可行；三個方案均沒有稱取合金樣品的質量；
2）方案一（或方案二）；操作簡便，計算過程方便（或操作簡便，成本低）；
【實驗設計】乙
【交流討論】1）稱取鋁鎂合金質量

過量NaOH溶液

 

過濾

 

洗滌

干燥

 稱取剩余固體的總質量；
2）（1）增大金屬與氫氧化鈉溶液的接觸面積，使反應完全；
（2）13；
（3）70；
（4）25.9%；
解：設氫氧化鈉溶液中溶質質量分數為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質量分數為25.9%．

點評：本題難度較大，主要考查了某些金屬的化學性質及有關的化學方程式的計算，培養學生的分析能力和理解能力．