Question

5．金屬在生產(chǎn)、生活中的應用十分廣泛．
I．某研究性學習小組在探究鈉、鎂、鋁金屬性強弱的過程中設(shè)計了以下探究性實驗方案，請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />實驗用品：酒精燈、燒杯、試管、試管夾、砂紙、濾紙；
鈉、鎂條、鋁片、酚酞、蒸餾水、2mol•L^-1的硫酸
方案如下表：

實驗過程	預期現(xiàn)象	實際觀察到的現(xiàn)象
a．取已切去表皮的一小塊金屬鈉，放入盛有水的燒杯中	立即劇烈反應	開始時鈉塊浮在水面上不反應，稍后才開始與水劇烈反應
b．向盛有適量水（內(nèi)含2滴酚酞）的試管中加入一小段鎂條	有氣泡產(chǎn)生，溶液變紅色	沒有相應現(xiàn)象，加熱后仍無明顯變化
c．向兩支盛有3mL 2mol•L-1硫酸的試管中加入大小相同的鎂條和鋁片	鎂、鋁與硫酸反應產(chǎn)生氣泡劇烈程度不同	鎂與硫酸反應產(chǎn)生氣泡速率較快

（1）寫出實驗a的反應的離子方程式：2Na+2H₂O═2Na⁺+2OH^-+H₂↑
（2）你認為a、b兩步實驗中出現(xiàn)異常現(xiàn)象的可能原因是：
a．鈉表面的煤油沒有用濾紙吸干凈；
b．鎂條表面的氧化膜沒有被除去．
（3）下列措施不能提高鎂條與硫酸反應產(chǎn)生氫氣的速率的是AE
A．改用18mol•L^-1的硫酸     B．加入少量硫酸銅
C．改用鎂粉                   D．升高溫度          E．增大壓強
Ⅱ．根據(jù)以上實驗知道，鎂比鋁活潑，甲同學突發(fā)奇想，想設(shè)計一個原電池，讓鎂不腐蝕而鋁腐蝕．請你幫他實現(xiàn)這個設(shè)想，在下面方框中畫出裝置圖1，并寫出負極電極反應式．

Ⅲ．工業(yè)上常用鋁質(zhì)容器盛裝冷的濃硫酸，為研究鋁質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應，乙同學進行了以下探究活動：
（1）取鋁片6.0g放入15.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應后收集到氣體X．取448ml（標準狀況）氣體X通入足量過氧化氫溶液中，然后再加入足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當操作后得干燥固體2.33g，由于此推知氣體X中SO₂的體積分數(shù)為50%．
（2）分析上述實驗中SO₂體積分數(shù)的結(jié)果，丙同學認為氣體X中還可能含量有H₂．為此設(shè)計了下列探究實驗裝置（圖2中夾持儀器省略）．
①A中加入的試劑可能是濃硫酸
②若B中裝氧化銅，C中裝無水硫酸銅，則可以證明氣體X中含有氫氣的實驗現(xiàn)象是B中固體由黑變紅和C中固體由白變藍．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）實驗a的反應為鈉和水發(fā)生反應生成氫氧化鈉和氫氣；
（2）煤油阻止鈉和水反應；鎂易被氧氣氧化生成MgO；
（3）增大金屬與酸反應的化學反應速率，可通過增大濃度、升高溫度或形成原電池反應等措施，注意原電池反應會加快反應速率；
Ⅱ、根據(jù)原電池原理，Al失電子發(fā)生氧化反應作負極、Mg作正極，氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液；負極上Al失電子發(fā)生氧化反應；
Ⅲ、（1）雙氧水將二氧化硫氧化成硫酸，2.33g白色沉淀為硫酸鋇，根據(jù)原子守恒計算出二氧化硫的物質(zhì)的量，再計算出二氧化硫的體積分數(shù)；
（2）①根據(jù)實驗目的是檢驗二氧化硫中混有氫氣，所以裝置A的作用是將二氧化硫除去，據(jù)此進行判斷合理的試劑；
②氫氣還原氧化銅生成水蒸氣遇到無水硫酸銅會使硫酸銅變藍色；

解答 解：I．（1）實驗a的反應為鈉和水發(fā)生反應生成氫氧化鈉和氫氣，反應的離子方程式為：2Na+2H₂O═2Na⁺+2OH^-+H₂↑；
故答案為：2Na+2H₂O═2Na⁺+2OH^-+H₂↑；
（2）鈉表面如果有煤油時，煤油阻止Na和水反應，所以剛開始沒有明顯現(xiàn)象；鎂易被氧氣氧化生成MgO，氧化鎂和水不反應，MgO阻止Mg和熱水反應，所以加熱實驗裝置沒有預期現(xiàn)象，
故答案為：鈉表面的煤油沒有用濾紙吸干凈；鎂表面的氧化膜沒有被除去；
（3）A．改用18mol•L^-1的硫酸，和鎂反應不能生成氫氣，不能加快生成氫氣的速率，故A符合；
B．加入少量硫酸銅和鎂反應生成銅附著在鎂條在溶液中形成原電池反應，加快反應速率，故B不符合；
C．改用鎂粉，增大接觸面積，加快反應速率，故C不符合；
D．升高溫度增大反應速率，故D不符合；
E．該反應的實質(zhì)是鐵與氫離子反應，反應物中沒有氣體，則增大壓強對反應速率無影響，故E符合；
故答案為：AE；
Ⅱ．根據(jù)原電池原理，Al活潑性比Mg差，若是Al失電子發(fā)生氧化反應作負極、Mg作正極，需要氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液；負極上Al失電子發(fā)生氧化反應，也可以設(shè)計鹽橋組成原電池，裝置圖為：，負極：2Al-6e^-+8OH^-═2AlO₂^-+4H₂O，
故答案為：；2Al-6e^-+8OH^-═2AlO₂^-+4H₂O；
Ⅲ．（1）SO₂具有還原性，通入足量雙氧水中，SO₂被氧化成H₂SO₄，生成的硫酸遇到氯化鋇會產(chǎn)生白色沉淀，則n（混合氣體）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol；
SO₂ ～BaSO₄
1mol 233g
n 2.33g
n=0.01mol
所以二氧化硫的體積分數(shù)為：$\frac{0.01mol}{0.02mol}$×100%=50%，
故答案為：50%；
（2）①裝置A中盛放的是濃硫酸，用于干燥除去二氧化硫的后的氣體，防止氣體中的水蒸氣加入裝置B導致大試管斷裂；裝置C用于檢驗反應產(chǎn)物是否有水分生成，所以必須使用堿石灰吸收空氣中的水蒸氣，防止空氣中得水蒸氣進入C裝置中干擾氫氣的檢驗，
故答案為：濃硫酸；
②如果混合氣體中含有氫氣，則B中固體CuO由黑變紅，同時裝置C中無水硫酸銅固體由白變藍，
故答案為：B中固體由黑變紅和C中固體由白變藍．

點評 本題考查了金屬鋁及其化合物性質(zhì)、濃硫酸的性質(zhì)、常見氣體的檢驗，題目難度中等，注意掌握鋁及其化合物的性質(zhì)、濃硫酸的化學性質(zhì)，明確常見氣體的性質(zhì)及檢驗方法．