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．研究性學習小組的同學，為測定某不同品牌鋁鎂合金（不含其它元素）中鎂的質(zhì)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．
[探究一]實驗方案：鋁鎂合金

鹽酸

測定生成氣體的體積
實驗裝置如右圖，問題討論：
（1）反應完畢，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

 

（儀器和實驗操作的影響因素除外）．
（2）為使測定結果盡可能精確，實驗中應注意的問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，請再寫出兩點：
①

 

②

 

（3）如果用分析天平準確稱取0.51g鎂鋁合進行實驗，測得生成氣體體積為560mL（已折算成標況下體積），請計算合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)．（請寫出計算過程）
[探究二]實驗方案：稱量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．

問題討論：
（1）欲計算Mg的質(zhì)量分數(shù)，該實驗中還需測定的數(shù)據(jù)是

 

（2）用本方案進行實驗時，裝置中至少要充入O₂的物質(zhì)的量

 

mol（用含B的最簡式表示）．
[實驗拓展]研究小組對某無色透明的溶液進行實驗，發(fā)現(xiàn)該溶液跟鋁反應時放出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當與鋁反應后生成Al³⁺時，原溶液可能大量存在的離子

 

．
②當與鋁反應后生成[Al（OH）₄]^-時，原溶液可能大量存在的離子是

 

．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：[探究一]（1）活潑金屬與酸的反應是放熱反應，故氣體體積減小的原因是反應放熱，氣體溫度較高，溫度降低時，氣體體積減��；
（2）①要使容器中的壓強相等才能計量準確，即調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平；②排除認為的原因，即讀數(shù)時保證視線與凹液面的最低點相平．
（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)量分數(shù)為

0.024g

0.51g

×100%=47.1%．
[探究二]（1）欲計算鎂的質(zhì)量分數(shù)，該實驗中還需測定的一種數(shù)據(jù)是：完全反應后生成的固體的質(zhì)量．
（2）如果合金全是鋁，消耗氧氣是最少的，關系式為Al～～～3/4O₂，經(jīng)計算得裝置中至少要充入O₂的物質(zhì)的量為B/36mol．
[實驗拓展]（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^-，溶液無色，排除Cu²⁺
若存在NO₃^-，則不與Al反應產(chǎn)生H⁺，產(chǎn)生NO或者NO₂，故而NO₃^-不存在，余下的Ba²⁺和SO₄^2-不能同時存在
故而體系中存在Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，無論哪種情況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^-，溶液中必有陽離子，Ba²⁺，所以沒有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是放熱反應，故氣體體積減小的原因是反應放熱，氣體溫度較高，溫度降低時，氣體體積減�。�
故答案為：反應放熱，氣體溫度較高，溫度降低時，氣體體積減小；
（2）①要使容器中的壓強相等才能計量準確，即調(diào)整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平；②排除認為的原因，即讀數(shù)時保證視線與凹液面的最低點相平；
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)時保證視線與凹液面的最低點相平
（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)量分數(shù)為0.024g/0.51g*100%=47.1%；
答：合金中鎂的質(zhì)量分數(shù)為47.1%；
[探究二]①欲計算鎂的質(zhì)量分數(shù)，欲計算Mg的質(zhì)量分數(shù)，該實驗中還需測定的數(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，關系式為Al～

3

4

O₂，經(jīng)計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

；
[實驗拓展]（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^-，溶液無色，排除Cu²⁺
若存在NO₃^-，則不與Al反應產(chǎn)生H⁺，產(chǎn)生NO或者NO₂，故而NO₃^-不存在
余下的Ba²⁺和SO₄^2-不能同時存在
故而體系中存在Mg²⁺，H⁺，SO₄^2-，無論哪種情況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^-；
溶液中必有陽離子，Ba²⁺，所以沒有SO₃^2-和SO₄^2-，只剩下：Ba²⁺，NO₃^-，OH^-；
故答案為：Ba²⁺、OH^-、NO₃^-；

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．