Question

3．某中學有甲、乙兩個探究性學習小組，他們擬用小顆粒狀鋁硅合金與足量稀硫酸的反應(yīng)測定通常狀況（約20℃，1.01×10⁵ Pa）下氣體摩爾體積．
（1）甲組同學擬選用下列實驗裝置如圖1完成實驗：

①該組同學必須選用的裝置的連接順序是A接E、D接G、不填接不填（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(yīng)放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；
③實驗結(jié)束時，該組同學應(yīng)怎樣測量實驗中生成氫氣的體積？待實驗裝置冷卻后，上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，再平視讀取量筒中水的體積，即氫氣在通常狀況時的體積．
（2）乙組同學仔細分析甲組同學的實驗裝置后，認為：稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶內(nèi)空氣排出，使所測氫氣體積偏大；實驗結(jié)束時，連接廣口瓶和量筒的導管中有少量水存在，使所測氫氣體積偏小．于是他們設(shè)計了如圖2所示的實驗裝置．
①導管a的作用：保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強與錐形瓶內(nèi)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實驗中準確測得4個數(shù)據(jù)：實驗前鋁硅合金的質(zhì)量為m₁g，實驗后殘留固體的質(zhì)量為m₂g，實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V₁mL、V₂mL．則通常狀況下氣體摩爾體積V_m=$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1．

Answer 1

分析 （1）①裝置的組裝順序：合金與水反應(yīng)，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(nèi)導管應(yīng)伸入量筒底部；
②根據(jù)鎂、鋁與稀硫酸反應(yīng)放熱且生成氣體使錐形瓶中氣體壓強變大分析；
③保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強與錐形瓶內(nèi)氣體壓強相等是讀取示數(shù)的關(guān)鍵點，必須滿足量筒中的液面與廣口瓶的液面相平，讀數(shù)時一定要平視讀數(shù)；
（2）①導管a能夠使錐形瓶和分液漏斗中的壓強相等，據(jù)此分析對稀硫酸順利等下的影響及對測定氫氣體積的影響；
②硅鋁合金中，只有金屬鋁可以和硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，硅和硫酸之間不反應(yīng)，根據(jù)化學反應(yīng)中量的關(guān)系來計算即可．

解答 解：（1）①裝置的組裝順序：合金酸水反應(yīng)，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(nèi)導管應(yīng)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鋁與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣使錐形瓶內(nèi)氣壓增大，錐形瓶內(nèi)的壓強大于大氣壓，所以稀硫酸不能順利滴入錐形瓶中，
故答案為：鎂、鋁與稀硫酸反應(yīng)放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；
③實驗結(jié)束時，該組同學測量實驗中生成氫氣的體積方法為：待實驗裝置冷卻后，上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，再平視讀取量筒中水的體積，即氫氣在通常狀況時的體積，
故答案為：待實驗裝置冷卻后，上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，再平視讀取量筒中水的體積，即氫氣在通常狀況時的體積；
（2）①裝置中導管a的作用是：保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強與錐形瓶內(nèi)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(nèi)氣體壓強與錐形瓶內(nèi)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實驗前鋁硅合金的質(zhì)量m₁ g，實驗后殘留固體的質(zhì)量m₂ g，則金屬鋁的質(zhì)量是m₁-m₂，實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V₁ mL、V₂ mL，產(chǎn)生氣體體積為（V₂-V₁）ml即產(chǎn)生的氣體物質(zhì)的量是$\frac{（{V}_{1}-{V}_{2}）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$，根據(jù)化學反應(yīng)原理：
     2Al～3H₂↑
    2        3
$\frac{{m}_{1}-{m}_{2}}{27}$   $\frac{（{V}_{1}-{V}_{2}）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$
解得Vm=$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1，
故答案為：$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1．

點評 本題主要考查物質(zhì)含量的測定、對實驗原理與裝置的理解、實驗方案設(shè)計等，為高考常見題型，難度中等，理解實驗原理是解題的關(guān)鍵，是對知識的綜合考查，需要學生具有知識的基礎(chǔ)與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力．