Question

3．合金已成為飛機制造、化工生產等行業(yè)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(shù)，設計下列兩種不同實驗方案進行探究．填寫下列空白．
【實驗方案一】將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應，測定剩余固體質量．實驗中發(fā)生反應的化學方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
【實驗步驟】
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，溶于VmL 2.0mol/LNaOH溶液中，充分反應．則NaOH溶液的體積V≥97mL．
（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(shù)將偏高（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
【實驗方案二】
將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應，測定生成氣體在通常狀況（約20℃，1.0110⁵Pa）的體積．
【問題討論】
（3）同學們擬選用圖1實驗裝置完成實驗：

①你認為最簡易的裝置其連接順序是：A接E接D接G（填接口字母，可不填滿．）
②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．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．
③實驗結束時，在讀取測量實驗中生成氫氣的體積時，你認為合理的是ACD．
A．待實驗裝置冷卻后再讀數(shù)
B．上下移動量筒F，使其中液面與廣口瓶中液面相平
C．上下移動量筒G，使其中液面與廣口瓶中液面相平
D．視線與凹液面的最低點水平，讀取量筒中水的體積
（4）仔細分析實驗裝置后，同學們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�。�于是他們設計了圖2所示的實驗裝置．
①裝置中導管a的作用是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實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V₁mL、V₂mL．則產生氫氣的體積為V₁-V₂mL．

Answer 1

分析 方案一：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（1）鎂的質量分數(shù)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；
（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；
方案二：（1）①裝置的組裝順序：合金與水反應，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導管一定要短進長出，增大壓強原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內導管應伸入量筒底部；
②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；
③反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；
（2）①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滴定管的數(shù)值零刻度在上方，兩次的體積之差為測定的氫氣的體積（注意應保持干燥管與滴定管內液面等高），收集氫氣后滴定管內液面上升，讀數(shù)減�。�

解答 解：方案一：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）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
所以54g：（5.4g×97%g）=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），解得：V=97，故V（NaOH溶液）≥97mL；
故答案為：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(shù)偏高，故答案為：偏高；
方案二：（1）①裝置的組裝順序：合金與水反應，用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導管一定要短進長出，利用增大壓強原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內導管應伸入量筒底部，故連接順序為：（A）接（E）（D）接（G）；
故答案為：E；D；G；
②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；
故答案為：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；
③反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；
故選ACD；
（2）①裝置中導管a的作用是：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；
故答案為：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滴定管的數(shù)值零刻度在上方，兩次的體積之差為測定的氫氣的體積，收集氫氣后滴定管內液面讀數(shù)減小，故測定氫氣的體積為V₁-V₂；
故答案為：V₁-V₂．

點評 本題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．