Question

2．研究性學習小組的同學，為測定某含鎂3%～5%的鋁鎂合金（不含其它元素）中鎂的質(zhì)量分數(shù)，設計下列兩種不同實驗方案進行探究．填寫下列空白．
【方案一】將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應，測定剩余固體質(zhì)量．
實驗中發(fā)生反應的化學方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
（1）稱取5.4g鋁鎂合金粉末樣品，溶于V mL 2.0mol/L NaOH溶液中，充分反應．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)量分數(shù)將偏高（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
【方案二】將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應，測定生成氣體在通常狀況（約20℃，1.01×10⁵Pa）的體積．
（1）同學們擬選用下列實驗裝置圖1完成實驗：
①你認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實驗結束時，在讀取測量實驗中生成氫氣的體積時，你認為合理的是ACD
A．待實驗裝置冷卻后再讀數(shù)
B．上下移動量筒F，使其中液面與廣口瓶中液面相平
C．上下移動量筒G，使其中液面與廣口瓶中液面相平
D．視線與凹液面最低點水平，讀取量筒中水的體積
（2）仔細分析實驗裝置后，同學們經(jīng)討論認為以下兩點會引起較大誤差：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�。�于是他們設計了圖2所示的實驗裝置．
①裝置中導管a的作用有：使分液漏斗內(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和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實驗前后堿式滴定管中液面讀數(shù)分別為V₁ mL、V₂ mL．則產(chǎn)生氫氣的體積為V₁-V₂ mL

Answer 1

分析 方案一：鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（1）鎂的質(zhì)量分數(shù)最小時，金屬鋁的質(zhì)量最大，需要的氫氧化鈉溶液最多，實際需要氫氧化鈉溶液的體積應大于或等于最大值，據(jù)此計算；
（2）鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導致測定的鎂的質(zhì)量偏大；
方案二：（1）①裝置的組裝順序：合金與水反應，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)導管應伸入量筒底部；
②反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；
（2）①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生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（1）含鎂為3%時，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）鎂上會附著偏鋁酸鈉等物質(zhì)，未洗滌導致測定的鎂的質(zhì)量偏大，鎂的質(zhì)量分數(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，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反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；
故選ACD；
（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：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，所以測定氫氣的體積為V₁-V₂，
故答案為：V₁-V₂．

點評 本題考查物質(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．