Question

鋁鎂合金已成為輪船制造、化工生產(chǎn)等行業(yè)的重要材料．研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)，為測(cè)定某不同品牌鋁鎂合金（不含其它元素）中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)下列兩種不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究．填寫(xiě)下列空白．
[探究一]實(shí)驗(yàn)方案：鋁鎂合金

鹽酸

測(cè)定生成氣體的體積
實(shí)驗(yàn)裝置如右圖，問(wèn)題討論：
（1）反應(yīng)完畢，每間隔1分鐘讀取氣體體積，氣體體積逐漸減小，直至不變．氣體體積減小的原因是

 

（儀器和實(shí)驗(yàn)操作的影響因素除外）．
（2）為使測(cè)定結(jié)果盡可能精確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題除了檢查裝置的氣密性、加入足量鹽酸使合金完全溶解和按（1）操作外，請(qǐng)?jiān)賹?xiě)出兩點(diǎn)：
①

 

②

 

（3）如果用分析天平準(zhǔn)確稱(chēng)取0.51g鎂鋁合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得生成氣體體積為560mL（已折算成標(biāo)況下體積），請(qǐng)計(jì)算合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
[探究二]實(shí)驗(yàn)方案：稱(chēng)量Bg另一品牌鋁鎂合金粉末．放在如右圖所示裝置的惰性電熱板上，通電使其充分灼燒．

問(wèn)題討論：
（1）欲計(jì)算Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)定的數(shù)據(jù)是

 

（2）用本方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，裝置中至少要充入O₂的物質(zhì)的量

 

mol（用含B的最簡(jiǎn)式表示）．
[實(shí)驗(yàn)拓展]研究小組對(duì)某無(wú)色透明的溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該溶液跟鋁反應(yīng)時(shí)放出H₂，試判斷下列離子：Mg²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、H⁺、Ag⁺、SO₄^2-、HCO₃^-、OH^-、NO₃^-，在下列兩種情況下，可能存在于此溶液中的是：
①當(dāng)與鋁反應(yīng)后生成Al³⁺時(shí)，原溶液可能大量存在的離子

 

．
②當(dāng)與鋁反應(yīng)后生成[Al（OH）₄]^-時(shí)，原溶液可能大量存在的離子是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：[探究一]（1）活潑金屬與酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故氣體體積減小的原因是反應(yīng)放熱，氣體溫度較高，溫度降低時(shí)，氣體體積減小；
（2）①要使容器中的壓強(qiáng)相等才能計(jì)量準(zhǔn)確，即調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平；②排除認(rèn)為的原因，即讀數(shù)時(shí)保證視線(xiàn)與凹液面的最低點(diǎn)相平．
（3）560 mL即0.025mol，Mg～H₂↑、Al～

3

2

H₂↑，
24n（Mg）+27n（Al）=0.51、n（Mg）+

3

2

n（Al）=0.025；
解得：n（Al）=0.01mol
n（Mg）=0.01mol
m（Mg）=24n（Mg）=0.024g，合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

0.024g

0.51g

×100%=47.1%．
[探究二]（1）欲計(jì)算鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)定的一種數(shù)據(jù)是：完全反應(yīng)后生成的固體的質(zhì)量．
（2）如果合金全是鋁，消耗氧氣是最少的，關(guān)系式為Al～～～3/4O₂，經(jīng)計(jì)算得裝置中至少要充入O₂的物質(zhì)的量為B/36mol．
[實(shí)驗(yàn)拓展]（1）生成Al³⁺，證明體系中存在H⁺，能與H+共同存在的是Ba²⁺，Cu²⁺，Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，NO₃^-，溶液無(wú)色，排除Cu²⁺
若存在NO₃^-，則不與Al反應(yīng)產(chǎn)生H⁺，產(chǎn)生NO或者NO₂，故而NO₃^-不存在，余下的Ba²⁺和SO₄^2-不能同時(shí)存在
故而體系中存在Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，無(wú)論哪種情況Ag⁺均不能存在，Ag₂SO₄和AgCl均溶解度��；
（2）生成AlO₂^-，證明體系含OH-
2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
含有OH^-，則不能含有Mg²⁺（否則Mg（OH）₂沉淀），不能有H⁺，不能有Ag⁺，不能有Cu²⁺，不能有HCO₃^-
剩余為Ba²⁺，SO₄^2-，SO₃^2-，NO₃^-，OH^-，溶液中必有陽(yáng)離子，Ba²⁺，所以沒(méi)有SO₃^2-和SO₄^2-，只剩下：Ba²⁺，NO₃^-，OH^-；

解答： 解：[探究一]（1）活潑金屬與酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故氣體體積減小的原因是反應(yīng)放熱，氣體溫度較高，溫度降低時(shí)，氣體體積減小；
故答案為：反應(yīng)放熱，氣體溫度較高，溫度降低時(shí)，氣體體積減��；
（2）①要使容器中的壓強(qiáng)相等才能計(jì)量準(zhǔn)確，即調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平；②排除認(rèn)為的原因，即讀數(shù)時(shí)保證視線(xiàn)與凹液面的最低點(diǎn)相平；
故答案為：調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平；讀數(shù)時(shí)保證視線(xiàn)與凹液面的最低點(diǎn)相平
（3）560 mL即0.025mol，Mg～H₂↑、Al～

3

2

H₂↑，
24n（Mg）+27n（Al）=0.51、n（Mg）+3/2 n（Al）=0.025．解得n（Al）=0.01mol，n（Mg）=0.01mol．
m（Mg）=24n（Mg）=0.024（g）．合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.024g/0.51g*100%=47.1%；
答：合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.1%；
[探究二]①欲計(jì)算鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，欲計(jì)算Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)定的數(shù)據(jù)是灼燒后固體的質(zhì)量；
故答案為：灼燒后固體的質(zhì)量；
（2）如果合金全是鋁，消耗氧氣是最少的，關(guān)系式為Al～

3

4

O₂，經(jīng)計(jì)算得裝置中至少要充入O₂的物質(zhì)的量為

B

36

mol；
故答案為：

B

36

；
[實(shí)驗(yàn)拓展]（1）生成Al³⁺，證明體系中存在H⁺
能與H+共同存在的是Ba²⁺，Cu²⁺，Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，NO₃^-，溶液無(wú)色，排除Cu²⁺
若存在NO₃^-，則不與Al反應(yīng)產(chǎn)生H⁺，產(chǎn)生NO或者NO₂，故而NO₃^-不存在
余下的Ba²⁺和SO₄^2-不能同時(shí)存在
故而體系中存在Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，無(wú)論哪種情況Ag⁺均不能存在，Ag₂SO₄和AgCl均溶解度��；原溶液可能大量存在的離子Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-；
故答案為：Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-；
②生成AlO₂^-，證明體系含OH-
2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
含有OH^-，則不能含有Mg²⁺（否則Mg（OH）2沉淀），不能有H⁺，不能有Ag⁺，不能有Cu²⁺，不能有HCO₃^-
剩余為Ba²⁺，SO₄^2-，SO₃^2-，NO₃^-，OH^-；
溶液中必有陽(yáng)離子，Ba²⁺，所以沒(méi)有SO₃^2-和SO₄^2-，只剩下：Ba²⁺，NO₃^-，OH^-；
故答案為：Ba²⁺、OH^-、NO₃^-；

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查物質(zhì)含量的測(cè)定、對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與裝置的理解、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等，難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)知識(shí)的綜合考查，需要學(xué)生具有知識(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．