Question

某化學研究性學習小組擬對一種焰火原料（由兩種短周期的常見金屬單質組成的合金粉末）進行探究。請完成下列探究報告。
【探究目的】探究該焰火原料的組成
【資料檢索】①Mg^2＋檢驗方法：取2滴待檢液，加入2滴2mol·L^－1NaOH溶液，再加入1滴鎂試劑(Ⅰ)染料（對硝基苯偶氮苯二酚）。若出現沉淀并吸附鎂試劑(Ⅰ)染料呈天藍色，表示待檢液中含有Mg^2＋。Ag^＋、Cu^2＋、Fe^3＋、NH₄^＋會妨礙Mg^2＋檢出
②Mg(OH)₂可溶于濃的氯化銨溶液，其他的常見不溶堿難溶于氯化銨
③很多合金是金屬互化物，有確定的化學組成
【探究思路】①確定焰火原料所含金屬種類；②測定焰火原料的化學式
【實驗探究】
（1）甲同學進行了初步試驗，實驗步驟和實驗現象如下。請填寫下表。

試驗序號	實 驗 步 驟	實 驗 現 象	結 論
①	取少量該焰火原料加入冷水	無明顯現象	________________
②	取少量該焰火原料加入稀鹽酸	完全溶解，有大量氣體	_________________

 
（2）乙同學取甲第②組實驗的溶液，加入鎂試劑(Ⅰ)染料，得出合金中不含鎂。
乙的結論________________（選填“正確”或“錯誤”）。判斷理由為                  
（3）丙同學設計實驗方案，確定焰火原料中的金屬種類，實驗記錄如下。

由丙的實驗記錄可知，該焰火原料是由_______和_________兩種金屬組成的合金；實驗中濾液加入足量
氫氧化鈉溶液后需煮沸，煮沸的理由是______________________________。
（4）丁同學利用丙同學的結論，設計如下圖所示的實驗步驟，確定合金組成。

問題討論：
①能確定合金組成的數據組有______________（填寫選項字母）；
A．m、n            B．m、y         C．n、y
②若合金中相對原子質量較小的金屬的物質的量分數為x，金屬總物質的量為7mol，試在下圖中作出y隨x變化的曲線；

③當y＝8.5mol時，該合金是一種金屬互化物，其化學式為________________

Answer 1

（1）①不含鋰（Li）、鈉（Na）等活潑金屬
②可能含鈹（Be）、鎂（Mg）、鋁（Al）三種金屬中的任意兩種金屬
（2）錯誤；由資料知，反應必須在堿性條件下進行
（3）鋁（或Al）；鎂（或Mg）（順序可互換）；將NH₄^＋轉化為NH₃，煮沸促進其逸出，防止NH₄^＋干擾Mg^2＋檢驗
（4）①ABC
②見下圖

③Mg₄Al₃

試題分析：（1）①原料加入冷水無現象表明不含Li、Na等活潑金屬；
②原料與鹽酸反應產生氣體表明含有能與鹽酸反應的較活潑的金屬，例如鈹（Be）、鎂（Mg）、鋁（Al）三種金屬中的任意兩種金屬。
（2）第②組實驗所得的溶液含有過量鹽酸，加入2滴NaOH溶液則不會產生沉淀，從而不能吸附鎂試劑（I）染料呈天藍色，所以不能檢驗不出Mg²⁺，要檢驗鎂離子反應需要在解析條件下完成。
（3）合金能溶于鹽酸，其溶液中滴加氨水生成白色沉淀。向白色沉淀中滴加過量的飽和氯化銨溶液，白色沉淀部分溶解，且剩余的白色沉淀既能和氫氧化鈉溶液反應，也能和鹽酸反應。因此根據Mg(OH)₂可溶于濃的氯化銨溶液可知，該白色沉淀一定是由氫氧化鎂和氫氧化鋁組成的。由于Mg(OH)₂可溶于濃的氯化銨溶液，因此用鎂試劑（Ⅰ）染料檢驗Mg²⁺時要排除NH₄⁺的干擾，所以濾液加入足量氫氧化鈉溶液將NH₄⁺轉化為NH₃，煮沸將氨氣趕出，目的是防止NH₄⁺干擾Mg²⁺的檢驗（或排除溶液中NH₄⁺的干擾）。（4）①鎂和鋁都能與鹽酸反應生成氫氣，根據氫氣的體積結合合金總質量可確定合金的組成。加入過量氫氧化鈉得到的沉淀為氫氧化鎂，灼燒后可得到氧化鎂，根據氧化鎂的質量可知鎂的質量，則可知鋁的質量，已知鎂的質量和鎂鋁生成氫氣的體積可知鋁的質量，則A、B、C都可測定合金的組成，故答案為：A、B、C。
②若合金中相對原子質量較小的金屬的物質的量分數為x，金屬總物質的量為7mol，相對分子質量較小的為鎂。若x＝0，則全被為鋁，7mol鋁反應生成10.5mol氫氣；如全被為鎂，即x＝7，則生成氫氣7mol，所以圖象為。
③設合金中鎂和鋁的物質的量分別是a和b，則a＋b＝7mol、a＋1.5b＝8.5mol，解得a＝4mol、b＝3mol，所以合金的組成是Mg₄Al₃。