Question

鋁鎂合金已成為輪船制造、化工生產等行業的重要材料。研究性學習小組的同學，為測定某不同品牌鋁鎂合金（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。
[探究一] 實驗方案：鋁鎂合金測定生成氣體的體積
實驗裝置如下圖，問題討論： 

（1）反應完畢,每間隔1分鐘讀取氣體體積，氣體體積逐漸減小，直至不變。氣體體積減小的原因是
                                                   （儀器和實驗操作的影響因素除外）。
（2）為使測定結果盡可能精確，實驗中應注意的問題除了檢查裝置的氣密性、加入足量鹽酸使合金完全溶解和按（1）操作外，請再寫出兩點：
①                                                                         
②                                                                         
（3）如果用分析天平準確稱取0.51g鎂鋁合進行實驗，測得生成氣體體積為560 mL（已折算成標況下體積），請計算合金中鎂的質量分數。（請寫出計算過程）___________ ____________________________________________________________________________。
[探究二] 實驗方案：稱量Bg另一品牌鋁鎂合金粉末．放在如下圖所示裝置的惰性電熱板上，通電使其充分灼燒。

問題討論：
（1）欲計算Mg的質量分數，該實驗中還需測定的數據是                                     。
（2）用本方案進行實驗時，裝置中至少要充入O₂的物質的量           mol（用含B的最簡式表示）。
[實驗拓展] 研究小組對某無色透明的溶液進行實驗，發現該溶液跟鋁反應時放出H₂，試判斷下列離子：Mg²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、H⁺、Ag⁺、SO₄^2－、HCO₃^－、OH^－、NO₃^－，在下列兩種情況下,可能存在于此溶液中的是：
①當與鋁反應后生成Al³⁺時，原溶液可能大量存在的離子            。
②當與鋁反應后生成[Al(OH)₄]^－時，原溶液可能大量存在的離子是                   。

Answer 1

(12分） [探究一]（1）反應放熱，氣體溫度較高，溫度降低時，氣體體積減小。1分      
（2）①調整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平；②讀數時保證視線與凹液面的最低點相平；(各1分)（3）47．1%   (4分)
[探究二]（1）灼燒后固體的質量   (1分)   （2）B/36   (2分)
[實驗拓展]①Mg²⁺、SO₄^2－、H⁺ ②Ba²⁺、OH^-、NO₃^－(各1分)

試題分析：[探究一]（1）活潑金屬與酸的反應是放熱反應，故氣體體積減小的原因是反應放熱，氣體溫度較高，溫度降低時，氣體體積減小。
（2）①要使容器中的壓強相等才能計量準確，即調整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平；②排除認為的原因，即讀數時保證視線與凹液面的最低點相平。
（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)。合金中鎂的質量分數為0.024g/0.51g*100%=47.1%。
[探究二]（1）欲計算鎂的質量分數，該實驗中還需測定的一種數據是：完全反應后生成的固體的質量。
（2）如果合金全是鋁，消耗氧氣是最少的，關系式為Al~~~3/4O₂,經計算得裝置中至少要充入O₂的物質的量為B/36mol。
[實驗拓展] (1) 生成Al³⁺，證明體系中存在H⁺
能與H+共同存在的是Ba²⁺，Cu²⁺，Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，NO₃^-，Cl^-
溶液無色，排除Cu²⁺
若存在NO₃^-，則不與Al反應產生H⁺，產生NO或者NO₂，故而NO₃^-不存在
余下的Ba²⁺和SO₄^2-不能同時存在
故而體系中存在Ba²⁺，Mg²⁺，H⁺，Cl^-或者Mg²⁺，H⁺，Cl^-，SO₄^2-，無論哪種情況Ag⁺均不能存在，Ag₂SO₄和AgCl均溶解度不好
(2) 生成AlO₂^-，證明體系含OH-
2Al + 2OH^- + 2H₂O ="===" 2AlO₂^- + 3H₂↑
含有OH^-，則不能含有Mg²⁺（否則Mg(OH)2沉淀），不能有H⁺，不能有Ag⁺，不能有Cu²⁺，不能有HCO₃^-
剩余為Ba²⁺，SO₄^2-，SO₃^2-，NO₃^-，OH^-和Cl^-
溶液中必有陽離子，Ba²⁺
所以沒有SO₃^2-和SO₄^2-
只剩下：Ba²⁺，NO₃^-，OH^-和Cl^-
點評：主要考查物質含量的測定、對實驗原理與裝置的理解、實驗方案設計等，難度中等，理解實驗原理是解題的關鍵，是對知識的綜合考查，需要學生具有知識的基礎與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力。