Question

15．某種硬鋁合金是由 Al、Cu、Mg三種金屬組成，主要應用于耐熱可焊的結構件及鍛件．某研究小組欲探究該合金的性質(zhì)并測定合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)：
（1）甲同學預測：該合金與10mol/L硝酸反應時有NO₂氣體生成，可能還有NO生成．
查閱資料：常溫下，NO₂與N₂O₄混合存在，在低于0℃時幾乎只有無色的N₂O₄液體或晶體存在．設計如下裝置進行實驗．按圖連接裝置并檢驗氣密性后，稱取5g 合金放于圓底燒瓶中，并滴加10mol/L硝酸．

①合金中Cu與稀硝酸反應的離子方程式是3Cu+2NO₃^-+8H⁺=Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
②C裝置的目的是將生成的NO₂冷凝為N₂O₄，與NO分離，排除干擾．
③能證明有NO生成的實驗操作與現(xiàn)象是打開活塞K，鼓入空氣，若D中的氣體由無色變?yōu)榧t棕色，證明有NO生成．
④實驗進行至A中固體全部溶解后，未檢驗到有NO生成，甲同學認為硬鋁合金與10mol/L硝酸反應時沒有NO生成．乙同學認為不能確定是否生成了NO，需補充操作才能證明，該操作是在加入HNO₃前，通入N₂，除盡裝置中的空氣．
（2）為測定合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)，丙同學查閱資料：
部分金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH

金屬離子	開始沉淀時的pH	沉淀完全的pH
Al3+	3.4	4.7
Cu2+	4.1	6.9
Mg2+	9.4	12.4

pH＞7.8時，Al（OH）₃開始溶解，pH＞10.8時沉淀完全溶解．
設計如下方案并進行實驗：

①調(diào)節(jié)pH時，應控制pH的范圍是pH≥12.4．
②選用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，得到溶液B的離子方程式是Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
③Al（OH）₃經(jīng)過濾、洗滌、灼燒至恒重后稱量，質(zhì)量為8.5g，則該合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)是90%．

Answer 1

分析 （1）①銅與稀硝酸反應生成硝酸銅、一氧化氮氣體和水；
②根據(jù)“常溫下，NO₂與N₂O₄混合存在，在低于0℃時幾乎只有無色的N₂O₄液體或晶體存在”及實驗目的分析；
③二氧化氮為紅棕色氣體，可以根據(jù)A中生成氣體顏色及C中是否有固體生成判斷；D中通入氧氣，無色氣體變?yōu)榧t棕色可以證明生成的氣體中含有NO；
④NO能夠與空氣中氧氣反應生成二氧化氮，影響的實驗測定；
（2）①根據(jù)反應流程可知，溶液B中含有偏鋁酸根離子，沉淀C為氫氧化鎂、氫氧化銅，所以調(diào)節(jié)的溶液的pH必須使氫氧化鋁完全溶解；
②溶液B中含有偏鋁酸根離子，發(fā)生反應為鋁離子與氫氧根離子反應生成偏鋁酸根離子和水；
③氫氧化鋁灼燒生成氧化鋁，根據(jù)氧化鋁的質(zhì)量計算出鋁離子的物質(zhì)的量，再計算出合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：（1）①銅與稀硝酸反應生成NO氣體，反應的離子方程式為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②已知常溫下，NO₂與N₂O₄混合存在，在低于0℃時幾乎只有無色的N₂O₄液體或晶體存在，而實驗目的是檢驗生成的氣體中含有NO，所以裝置C的作用是將生成的NO₂冷凝為N₂O₄，與NO分離，排除干擾，
故答案為：將生成的NO₂冷凝為N₂O₄，與NO分離，排除干擾；
③若A中有紅棕色的氣體生成，C中有無色的液體或晶體存在，則證明反應中有二氧化氮氣體生成；能證明有NO生成的實驗操作與現(xiàn)象為：打開活塞K，鼓入空氣，若D中的氣體由無色變?yōu)榧t棕色，證明有NO生成，
故答案為：打開活塞K，鼓入空氣，若D中的氣體由無色變?yōu)榧t棕色，證明有NO生成；
④由于裝置中氧氣與NO反應生成二氧化氮，干擾了實驗，所以應該加入HNO₃前，通入N₂，除盡裝置中的空氣，
故答案為：在加入HNO₃前，通入N₂，除盡裝置中的空氣；
（2）①結合反應流程可知，溶液B中含有偏鋁酸根離子，沉淀C為氫氧化鎂、氫氧化銅，則調(diào)節(jié)溶液的pH必須滿足，鎂離子、銅離子完全沉淀，而鋁離子完全轉(zhuǎn)化成偏鋁酸根離子，根據(jù)表中數(shù)據(jù)及氫氧化鋁完全溶解的pH可知，此時的pHpH≥12.4，
故答案為：pH≥12.4；
②溶液B中含有偏鋁酸根離子，反應的離子方程式為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
③8.5g為氧化鋁的質(zhì)量，則氧化鋁的物質(zhì)的量為：$\frac{8.5g}{102g/mol}$≈0.0833mol，根據(jù)質(zhì)量守恒可知合金中含有鋁的物質(zhì)的量為：0.0833mol×2=0.1666mol，所以合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{27g/mo×0.1666mol}{5g}$×100%≈90.0%，
故答案為：90.0%．

點評 本題考查了探究物質(zhì)組成、測量物質(zhì)含量的方法，題目難度較大，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學計算能力，明確測定原理為解答關鍵，注意熟練掌握化學實驗基本操作方法．