Question

【題目】研究性學習小組的同學，為測定某含銅3%～5%的鋁銅合金（不含其它元素）中銅的質量分數，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]將鋁銅合金與足量NaOH溶液反應，測定剩余固體質量。

（1）實驗中發生反應的化學方程式是___。

（2）稱取5.4g鋁銅合金粉末樣品，溶于VmL2.0mol/LNaOH溶液中。為使其反應完全，則NaOH溶液的體積V≥___mL。過濾、洗滌、干燥、稱量固體。該步驟中若未洗滌固體，測得銅的質量分數將__（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）。

[方案二]將鋁銅合金與足量稀硫酸溶液反應，用量筒或者量氣管測定生成氣體在通常狀況（約20℃，1.01×105Pa）的體積。

（3）同學們擬選用圖1實驗裝置完成實驗：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___。

（4）實驗結束時 ，生成氫氣的體積近似等于___。

（5）錐形瓶中殘存的氫氣對實驗結果是否有影響___(填“有”“沒有”或“不能判斷”)

（6）同學們仔細分析圖1實驗裝置后，經討論認為以下兩點會引起較大誤差：稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶內空氣排出，使所測氫氣體積偏大；實驗結束時，連接廣口瓶和量筒的導管中有少量水存在，使所測氫氣體積偏小。于是他們設計了圖2的實驗裝置。

①裝置中導管a的作用是___。

②實驗中準確測定出實驗前鋁銅合金質量m1g，實驗后鋁銅合金質量m2g，產生的氣體體積為(V2-V1)ml。利用上述數據計算通常狀況下的氣體摩爾體積：Vm=___。

Answer 1

【答案】2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 97mL 偏高 鋁與稀硫酸反應產生的氫氣使錐形瓶內氣壓增大 進入量筒中水的體積 沒有 平衡錐形瓶與分液漏斗內的壓強，保證稀硫酸順利滴下；可以消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差 L·mol-1

【解析】

方案一：（1）鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣；

（2）鎂的質量分數最小時，金屬鋁的質量最大，需要的氫氧化鈉溶液最多，實際需要氫氧化鈉溶液的體積應大于或等于最大值，據此計算；

鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質，未洗滌導致測定的鎂的質量偏大；

（3）鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；

（4）氣體的體積近似等于進入量筒中水的體積；

（5）錐形瓶中殘存的氫氣對實驗結果沒有影響；

（6）①導管a可保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差；

②根據鋁和氫氣之間的關系式計算．

（1）鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，實驗中發生反應的化學方程式是2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。

（2）含鎂為3%時，金屬鋁的含量最高，5.4g合金中鋁的質量為，5.4g×（1-3%）=5.4×97%g，則：

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

54g 2mol

5.4g×97%g V×10-3L×2.0mol·L－1

所以54g：（5.4g×97%g）=2mol：（V×10-3L×2.0mol·L－1），解得：V=97，故V（NaOH溶液）≥97mL；

（2）鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質，未洗滌導致測定的鎂的質量偏大，鎂的質量分數偏高；

方案二：（3）鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大，導致硫酸不能順利滴入錐形瓶；

（4）氣體產生的壓強導致水從集氣瓶中排出，且氫氣不易溶于水，所以收集到的水的體積近似等于氫氣的體積．實驗結束時，生成氫氣的體積近似等于進入量筒中水的體積。

（5）錐形瓶中殘存的氫氣對實驗結果沒有影響；

（6）①裝置中導管a的作用：能保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差；

②實驗中準確測定出實驗前鋁銅合金質量m1g，實驗后鋁銅合金質量m2g，產生的氣體體積為(V2-V1)ml。

2Al+6H＋=2Al3＋+3H2↑．

2mol 3mol

mol mol

氣體摩爾體積：Vm=L·mol-1。