Question

含鎂3%-5%的鎂鋁合金，現(xiàn)已成為輪船制造、化工生產(chǎn)、機械制造等行業(yè)的重要原材料．現(xiàn)有一塊已知質(zhì)量為m₁g的鎂鋁合金，欲測定其中鎂的質(zhì)量分數(shù)，幾位同學設(shè)計了以下三種不同的實驗方案：
實驗設(shè)計1：
鎂鋁合金

①足量鹽酸

溶液

②過量NaOH溶液

過濾

得到沉淀的質(zhì)量為m₂g；
實驗設(shè)計2：
鎂鋁合金

足量的NaOH溶液

生成的氣體在標準狀況下的體積為V₁L．
實驗設(shè)計3：
鎂鋁合金

足量鹽酸

生成的氣體在標準狀況下的體積為V₂L．
請回答以下問題：
（1）寫出實驗設(shè)計1中單質(zhì)鋁發(fā)生反應的離子方程式：

2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑?、Al³⁺+4OH^-═[Al（OH）₄]^-或Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓?Al（OH）₃+OH^-═[Al（OH）₄]^-?

（2）寫出實驗設(shè)計2中反應的離子方程式：

2Al+2OH^-+6H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑

（3）判斷這幾種實驗設(shè)計能否求出鎂的質(zhì)量分數(shù)，能求出的用題目提供的數(shù)據(jù)將鎂的質(zhì)量分數(shù)表示出來，不能求出的就空著不填．
①實驗設(shè)計1

24m1

58m2

×100%

②實驗設(shè)計2

(1-

9V1

11.2m1

)×100%

③實驗設(shè)計3

44.8m1-36V2

11.2m1

×100%

．

Answer 1

分析：（1）實驗設(shè)計1中單質(zhì)鋁發(fā)生反應有：金屬鋁與鹽酸反應、鋁離子和氫氧化鈉反應；
（2）實驗設(shè)計2中鋁和氫氧化鈉溶液反應生成氫氣和偏鋁酸鈉；
（3）①m₂g沉淀是氫氧化鎂的質(zhì)量，根據(jù)鎂原子守恒計算出鎂的質(zhì)量分數(shù)；
②體積為V₁L是鋁與氫氧化鈉溶液反應生成的氫氣，m₁g根據(jù)氫氣的物質(zhì)的量計算出鋁的物質(zhì)的量，再求出鎂的質(zhì)量分數(shù)；
③V₂L是鎂和鋁與酸反應生成的氫氣體積，利用m₁g和氫氣的物質(zhì)的量列出方程求解即可．

解答：解：（1）實驗設(shè)計1中單質(zhì)鋁發(fā)生反應的離子方程式有：2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑?、Al³⁺+4OH^-═[Al（OH）₄]^-或Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓?Al（OH）₃+OH^-═[Al（OH）₄]^-，
故答案為：2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑?、Al³⁺+4OH^-═[Al（OH）₄]^-或Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓?Al（OH）₃+OH^-═[Al（OH）₄]^-?；（2）實驗設(shè)計2中發(fā)生的離子反應是：2Al+2OH^-+6H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑?，
故答案為：2Al+2OH^-+6H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑??；
（3）①氫氧化鎂的物質(zhì)的量為：

m2

58

mol，根據(jù)鎂原子守恒，合金中金屬鎂的質(zhì)量分數(shù)為：

m2 58 ×24

m1

×100%=

24m1

58m2

×100%，
故答案為：

24m1

58m2

×100%；
②標準狀況下的體積為V₁L為鋁與氫氧化鈉溶液反應生成的，根據(jù)方程式：2Al+2OH^-+6H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑，n（Al）=

2

3

n（H₂）=

2

3

×

V1

22.4

mol，合金中金屬鋁的質(zhì)量分數(shù)為：

2 3 × V1 22.4 ×27

m1

×100%=

9V1

11.2m1

×100%，合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)是：1-

9V1

11.2m1

×100%=(1-

9V1

11.2m1

)×100%，

故答案為：(1-

9V1

11.2m1

)×100%；
③設(shè)鎂的物質(zhì)的量為xmol，鋁的物質(zhì)的量為ymol，則24x+27y=m₁，
根據(jù)生成氫氣的體積標準狀況下的體積為V₂L，可以列式：（x+1.5y）×22.4=V₂，
解得x=

m1

6

-

3V2

22.4

，所以鎂鋁合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)是：

( m1 6 - 3V2 22.4 )×24

m1

×100%=

44.8m1-36V2

11.2m1

×100%，
故答案為：

44.8m1-36V2

11.2m1

×100%．

點評：本題考查鎂和鋁的化學性質(zhì)、化學實驗方案的設(shè)計，物質(zhì)含量測定、化學計算等，難度中等，掌握鎂和鋁的化學性質(zhì)是解題的關(guān)鍵．