Question

3．合金已成為飛機(jī)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)，為測定某含鎂3%～5%的鋁鎂合金（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．填寫下列空白．
【實(shí)驗(yàn)方案一】將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應(yīng)，測定剩余固體質(zhì)量．實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
【實(shí)驗(yàn)步驟】
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，溶于VmL 2.0mol/LNaOH溶液中，充分反應(yīng)．則NaOH溶液的體積V≥97mL．
（2）過濾、洗滌、干燥、稱量固體．該步驟中若未洗滌固體，測得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將偏高（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
【實(shí)驗(yàn)方案二】
將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應(yīng)，測定生成氣體在通常狀況（約20℃，1.0110⁵Pa）的體積．
【問題討論】
（3）同學(xué)們擬選用圖1實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn)：

①你認(rèn)為最簡易的裝置其連接順序是：A接E接D接G（填接口字母，可不填滿．）
②實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，一會(huì)兒后稀硫酸也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(qiáng)變大．
③實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，在讀取測量實(shí)驗(yàn)中生成氫氣的體積時(shí)，你認(rèn)為合理的是ACD．
A．待實(shí)驗(yàn)裝置冷卻后再讀數(shù)
B．上下移動(dòng)量筒F，使其中液面與廣口瓶中液面相平
C．上下移動(dòng)量筒G，使其中液面與廣口瓶中液面相平
D．視線與凹液面的最低點(diǎn)水平，讀取量筒中水的體積
（4）仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)裝置后，同學(xué)們經(jīng)討論認(rèn)為以下兩點(diǎn)會(huì)引起較大誤差：稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會(huì)將瓶內(nèi)空氣排出，使所測氫氣體積偏大；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，連接廣口瓶和量筒的導(dǎo)管中有少量水存在，使所測氫氣體積偏�。�于是他們設(shè)計(jì)了圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置．
①裝置中導(dǎo)管a的作用是保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)相等，打開分液漏斗活塞時(shí)稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進(jìn)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(shí)驗(yàn)前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V₁mL、V₂mL．則產(chǎn)生氫氣的體積為V₁-V₂mL．

Answer 1

分析 方案一：鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（1）鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小時(shí)，金屬鋁的質(zhì)量最大，需要的氫氧化鈉溶液最多，實(shí)際需要?dú)溲趸�鈉溶液的體積應(yīng)大于或等于最大值，據(jù)此計(jì)算；
（2）鎂上會(huì)附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導(dǎo)致測定的鎂的質(zhì)量偏大；
方案二：（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(dǎo)管一定要短進(jìn)長出，增大壓強(qiáng)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(dǎo)管應(yīng)伸入量筒底部；
②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(qiáng)變大；
③反應(yīng)放熱導(dǎo)致氫氣的溫度偏高，故應(yīng)冷卻后再進(jìn)行讀取氫氣的體積，讀取實(shí)驗(yàn)中生成氫氣的體積時(shí)上下移動(dòng)量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點(diǎn)水平讀取氫氣的體積；
（2）①保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)相等，打開分液漏斗活塞時(shí)稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進(jìn)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滴定管的數(shù)值零刻度在上方，兩次的體積之差為測定的氫氣的體積（注意應(yīng)保持干燥管與滴定管內(nèi)液面等高），收集氫氣后滴定管內(nèi)液面上升，讀數(shù)減�。�

解答 解：方案一：鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應(yīng)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）含鎂為3%時(shí)，金屬鋁的含量最高，5.4g合金中鋁的質(zhì)量為，5.4g×（1-3%）=5.4×97%g，則：
       2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
      54g   2mol 
5.4g×97%g   V×10^-3L×2.0mol/L
所以54g：（5.4g×97%g）=2mol：（V×10^-3L×2.0mol/L），解得：V=97，故V（NaOH溶液）≥97mL；
故答案為：97mL；
（2）鎂上會(huì)附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導(dǎo)致測定的鎂的質(zhì)量偏大，鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，故答案為：偏高；
方案二：（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(dǎo)管一定要短進(jìn)長出，利用增大壓強(qiáng)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(dǎo)管應(yīng)伸入量筒底部，故連接順序?yàn)椋海ˋ）接（E）（D）接（G）；
故答案為：E；D；G；
②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(qiáng)變大，導(dǎo)致硫酸不能順利滴入錐形瓶；
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(qiáng)變大；
③反應(yīng)放熱導(dǎo)致氫氣的溫度偏高，故應(yīng)冷卻后再進(jìn)行讀取氫氣的體積，讀取實(shí)驗(yàn)中生成氫氣的體積時(shí)上下移動(dòng)量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點(diǎn)水平讀取氫氣的體積；
故選ACD；
（2）①裝置中導(dǎo)管a的作用是：保持分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)相等，打開分液漏斗活塞時(shí)稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進(jìn)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(qiáng)與錐形瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)相等，打開分液漏斗活塞時(shí)稀硫酸能順利滴下，滴入錐形瓶的稀硫酸體積等于進(jìn)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滴定管的數(shù)值零刻度在上方，兩次的體積之差為測定的氫氣的體積，收集氫氣后滴定管內(nèi)液面讀數(shù)減小，故測定氫氣的體積為V₁-V₂；
故答案為：V₁-V₂．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)含量的測定、對實(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，是對知識的綜合考查，需要學(xué)生具有知識的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力．