Question

為測定鎂鋁合金（不含其它元素）中鋁的質量分數(shù)，甲乙兩個學習小組設計了下列二種不同的實驗方案進行探究．請回答下列問題：

（一）甲組：實驗方案：鎂鋁合金測定剩余固體質量

實驗步驟：

①稱量：托盤天平稱量2.7g鎂鋁合金粉末

②溶解：將①中藥品加入燒杯中，用量筒量取至少  mL 1mol/L NaOH 溶液加入燒杯中，不斷攪拌，充分反應

③過濾：

④洗滌：若未對過濾所得固體進行洗滌，測得鋁的質量分數(shù)將   （填“偏高”、“偏低”或“不變”），證明固體已洗滌干凈的方法為 

⑤干燥、稱量剩余固體

（二）乙組：

實驗方案：

實驗裝置如圖，實驗步驟如下：

①按圖連接好裝置

②稱取兩份質量均為0.3g 的鎂鋁合金樣品粉末，分別放入A裝置左右兩個管中，向B裝置中加入一定量的水，把裝置A．B的膠塞塞好，然后調節(jié)C的高度使B和C中的液面相平，記錄下此時的體積為112mL

③通過注射器的針頭向裝置A左側管中注入足量的稀鹽酸，等不再有氣泡產生時，調節(jié)裝置C的高度，使B和C中的液面相平時記錄下此時的體積為448mL

④通過另一針頭向裝置A右側管中加入足量的稀NaOH溶液，等不再有氣泡產生時，調節(jié)裝置C的高度，使B和C中的液面相平時記錄下此時的體積為672mL．

問題和討論：

（1）上述實驗步驟①和②之間必須加一步檢查氣密性的操作，具體方法為 

（2）為使氣體體積測定結果不至于引起很大偏差，除了應注意使B和C中的液面相平外，在反應完全后至讀數(shù)之前，還需要注意的關鍵問題是（有幾點寫幾點）  ．

（3）計算合金中鋁的質量分數(shù)時，是否需要將氣體體積折算為標準狀況的體積否，試根據(jù)題中數(shù)據(jù)計算出合金中鋁的質量分數(shù)為  ．

Answer 1

考點：  探究物質的組成或測量物質的含量．

專題：  化學實驗與化學計算．

分析：  （一）甲組②依據(jù)鋁和氫氧化鈉反應的化學方程式計算需要的氫氧化鈉溶液體積，依據(jù)溶液體積選擇量筒；

④固體表面沾有偏鋁酸鈉溶液，稱量剩余固體質量會偏大，測定鋁的質量分數(shù)減��；證明固體洗滌干凈的方法是驗證是否存在偏鋁酸鈉 溶液設計實驗驗證；

（二）乙組

（1）分析流程和步驟可知測定氣體體積的方法測定合金質量分數(shù)，裝置需要氣密性完好，應對裝置進行氣密性檢查；檢查裝置氣密性的方法是利用裝置中 壓強變化和液面變化設計；

（2）使B和C中的液面相平，后還需要冷卻溶液溫度到室溫讀取氣體體積；

（3）分析實驗過程可知開始量氣管是112ml，加入足量鹽酸，鎂和鋁全部反應生成氫氣，此時量氣管體積為448ml，說明生成氫氣為336ml；另一端加入氫氧化鈉溶液和鋁反應生成氫氣，最后量氣管讀數(shù)為672ml，說明生成氫氣體積為224ml；依據(jù)數(shù)據(jù)和反應生成氫氣的量計算合金中鋁的質量分數(shù)．

解答：  解：（一）甲組：②依據(jù)化學方程式計算，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+H₂↑，2.7g鎂鋁合金全部是鋁的質量，物質的量為0.1mol，需要氫氧化鈉物質的量0.1mol，所以氫氧化鈉溶液體積==0.08L=80ml，依據(jù)選擇量筒的原則是大而近，應選擇100mL的量筒，故答案為：100；

④固體表面沾有偏鋁酸鈉溶液，稱量剩余固體質量會偏大，測定鋁的質量分數(shù)減小，測定質量分數(shù)偏低；證明固體洗滌干凈的方法是驗證是否存在偏鋁酸鈉溶液設計實驗驗證，實驗設計為：取少量洗滌液逐滴加入稀鹽酸至過量，若整個過程未出現(xiàn)沉淀則說明洗滌干凈；

故答案為：偏低；取少量洗滌液逐滴加入稀鹽酸至過量，若整個過程未出現(xiàn)沉淀則說明洗滌干凈；

（二）乙組

（1）分析流程和步驟可知測定氣體體積的方法測定合金質量分數(shù)，裝置需要氣密性完好，應對裝置進行氣密性檢查；檢查方法為：向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，靜置一會兒，若液面不發(fā)生變化則氣密性良好；

故答案為：檢查氣密性；向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，靜置一會兒，若液面不發(fā)生變化則氣密性良好；

（2）使B和C中的液面相平，后還需要冷卻溶液溫度到室溫平視讀取氣體體積，避免熱溶液對讀數(shù)產生誤差；

故答案為：用量氣管量氣前氣體是否冷卻到室溫，平視讀數(shù)；

（3）分析實驗過程可知開始量氣管是112ml，加入足量鹽酸，鎂和鋁全部反應生成氫氣，此時量氣管體積為448ml，說明生成氫氣為336ml；另一端加入氫氧化鈉溶液和鋁反應生成氫氣，最后量氣管讀數(shù)為672ml，說明生成氫氣體積為224ml，依據(jù)化學方程式計算鋁的質量分數(shù)，設合金中鎂物質的量為x，鋁物質的量為y：

Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑，

1              1

x              x

2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑，

2                3

y                 1.5y

2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，

2                       3

y                       1.5y

x+1.5y=

1.5y=

x=mol

y=mol

鋁的質量分數(shù)=×100%=60%，所以不需要將氣體體積折算為標準狀況的體積，

故答案為：否；60%．

點評：  本題考查了實驗探究物質組成的實驗設計和過程分析判斷，掌握基礎和實驗基本操作是關鍵，題目難度中等．