Question

鋁鎂合金已成為飛機制造、化工生產等行業的重要材料．研究性學習小組的同學，為測定某含鎂3%～5%的鋁鎂合金（不含其它元素）中鎂的質量分數，設計下列兩種不同實驗方案進行探究．填寫下列空白．

[方案一]將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應（已知2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，而鎂不與氫氧化鈉溶液反應），測定剩余固體質量．
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，溶于m g 質量分數為8%的NaOH溶液中．為保證合金反應完全，則NaOH溶液的體積V≧______．（假設NaOH溶液的密度為1g/mL）實驗室取一定量液體一般用量筒，圖1中______（填序號）是量筒的一部分，其讀數為______mL．在量取液體體積時，量筒必須放平，視線要與量筒內的液體______保持水平，再讀出液體體積數．
（2）過濾、洗滌、干燥、稱量固體．該步驟中若未洗滌固體，測得鎂的質量分數將______ （填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
[方案二]他們設計了圖2所示的實驗裝置．在分液漏斗中加入稀硫酸，用稀硫酸和鋁鎂合金反應．
（1）裝置的氣密性如何檢查______；
（2）裝置中導管a的作用是______和______．
（3）裝置中有刻度的長管叫堿式滴定管，其刻度示意圖如方案一第（1）題圖中③所示．若實驗前后堿式滴定管中液面讀數分別為V₁ mL、V₂ mL．則產生氫氣的體積為______mL．
（4）寫出發生反應的化學方程式______．
[反思]：實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，一會兒后稀硫酸也不能順利滴入錐形瓶．請你幫助分析原因______．
（5）若測得鎂鋁合金中鎂的質量分數為4%，現取n克鎂鋁合金，投入到足量的質量分數為9.8%的稀硫酸溶液中，共收集得到氫氣0.8克，則消耗的稀硫酸是______克，該合金的質量n為______．

Answer 1

【答案】分析：[方案一]（1）根據鎂的質量分數推求鋁的質量分數，根據鋁的最大質量求出所需氫氧化鈉溶液的體積．根據量筒的特點選擇量筒
（2）根據分離鎂的操作過程分析誤差
[方案二]（1）根據裝置的氣密性檢查方法分析
（2）根據裝置的特點分析導管a的作用
（3）根據堿式滴定管中液面示數分析
（4）根據書寫方程式的原則書寫
（5）根據氫氣的質量求出合金總質量．
解答：解：[方案一]（1）鎂鋁合金中鎂占3%～5%，所以鋁占95%～97%，當鋁含量為97%時用的氫氧化鈉最多
設氫氧化鈉的體積最少為x
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂ +3H₂↑
54           80
5.4g×97%   x×1g/mL×8%

x=97mL
量筒的最小刻度在下方，沒有0刻度，故選②；讀數為2.6mL；讀數時視線要與量筒內的液體 凹液面最低處保持水平．
（2）過濾、洗滌、干燥、稱量固體．若未洗滌固體，鎂表面混有偏鋁酸鈉固體，則鎂的質量偏大，鎂的質量分數將偏高；
[方案二]（1）檢查裝置氣密性時，先連接好裝置，從堿式滴定管加水，若滴定管中的液面和左邊干燥管中的液面有穩定的高度差，則裝置不漏氣
（2）裝置中導管a可保持錐形瓶和分液漏斗間的壓強恒定，使稀硫酸能順利滴下，和消除因稀硫酸的滴入引起的體積誤差．
（3）實驗前后堿式滴定管中液面讀數分別為V₁ mL、V₂ mL．則產生氫氣的體積為 V₁-V₂mL．
（4）鎂與硫酸反應生成硫酸鎂和氫氣，鋁與硫酸反應生成硫酸鋁和氫氣，化學方程式為Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄+H₂↑ 2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑
（5）根據元素質量守恒，生成氫氣的質量即為硫酸中氫元素的質量，因此硫酸中氫元素質量為0.8g，硫酸質量為
=39.2g，稀硫酸的質量為=400g；
設鎂與硫酸反應生成氫氣的質量為y，則鋁與硫酸反應生成氫氣的質量為0.8g-y
Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄ +H₂↑
24                    2
n×4%                y
  n=300y
2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑
54                      6
300y×96%              0.8g-y

y=0.024g
n=300×0.024g=7.3g
故答案為：【方案一】（1）97mL  ②2.6 （2）偏高
【方案二】（1）連接好裝置，從堿式滴定管加水，若滴定管中的液面和左邊干燥管中的液面有穩定的高度差，則裝置不漏氣．
（2）保持錐形瓶和分液漏斗間的壓強恒定，使稀硫酸能順利滴下 消除因稀硫酸的滴入引起的體積誤差
（3）V₁-V₂
（4）Mg+H₂SO₄ ═MgSO₄+H₂↑  2Al+3H₂SO₄ ═Al₂（SO₄）₃+3H₂↑  錐形瓶內生成的氫氣使瓶內壓強增大
（5）400 7.3g
點評：本題考查與實驗相結合的化學方程式的計算，分析裝置特點，明確反應原理是解題關鍵．