Question

13．鎂鋁合金強度大、密度小，合金表面易上色，常用作筆記本電腦的外殼．三位同學設計了以下三個方案，來測定某鋁鎂合金（假設不含其它雜質）中鋁的質量分數(shù)．

方案一：（1）鎂鋁合金與氧氣反應，測定參與反應的氧氣體積．如圖所示，稱量一定量鎂鋁合金粉末，在足量的氧氣中充分燃燒，冷卻至室溫，打開止水夾，參與反應的氧氣體積與量筒內(nèi)水減少的體積相等．
（2）若使用圖 2 中的裝置制取并收集上述反應需要的氧氣，可選擇圖中裝置與B（填序號），寫出反應的化學方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，若集氣瓶容積為 224mL（已除去留在瓶底水的體積），計算收集一瓶氧氣理論上需要消耗反應物的質量是多少（氧氣密度 1.429g/L）？（利用化學方程式計算，寫出計算過程）
方案二：鋁鎂合金與鹽酸反應，測定生成氣體的體積，裝置如圖2 所示．
（1）通過排水法測定所收集到的氫氣體積，裝置導管口 a、b、c、d 的連接順序是：
    a→c→b→d．
（2）反應結束，冷卻至室溫．燒瓶內(nèi)還留有氣體，對實驗結果沒有（填“有”或“沒有”）影響．
方案三：資料收集：鎂與氫氧化鈉溶液不反應，而金屬鋁能與氫氧化鈉、水共同作用生成易溶于水的鈉鹽（用化學式 NaAlO₂表示）和 H₂．
（1）寫出鋁與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
①實驗中所加的氫氧化鈉溶液應過量，其目的是使鎂鋁合金中的鋁完全反應；
②從圖3數(shù)據(jù)可知，該合金中鋁的質量分數(shù)是75%；
【反思與拓展】同學們發(fā)現(xiàn)方案三可以實現(xiàn)測定合金中鋁的質量分數(shù)的實驗目的，他們還發(fā)現(xiàn)，利用鋁鎂合金中鋁與氫氧化鈉溶液反應和方案二裝置，通過測定，也可得出合金中鋁的質量分數(shù)．

Answer 1

分析 方案一：（1）根據(jù)消耗的氧氣的體積等于進入廣口瓶的水的體積進行解答；
（2）根據(jù)氧氣的收集方法以及制取氧氣的化學方程式、計算方法進行解答；
方案二：（1）根據(jù)氫氣不溶于水，用排水法收集，所以應該是從短管進長管出，排出水的體積就是氫氣體積進行解答；
（2）反應結束，冷卻至室溫．燒瓶內(nèi)還留有氣體，對實驗結果沒有影響；
方案三：（1）根據(jù)鋁與氫氧化鈉、水反應生成偏鋁酸鈉和氫氣書寫反應的化學方程式；
①實驗中所加的氫氧化鈉溶液應過量，其目的是使鎂鋁合金中的鋁完全反應；
②根據(jù)剩余固體的質量為金屬鎂的質量進行解答；

解答 解：方案一：（1）鎂和鋁與氧氣反應導致廣口瓶內(nèi)的壓強變小，在大氣壓的作用下，量筒中水進入廣口瓶中，故填：量筒內(nèi)水減少的體積；
（2）要收集氧氣，可以使用B裝置，過氧化氫在二氧化錳的催化作用下能分解生成氧氣，氧氣的質量為：1.429g/L×0.224L=0.32g；設需要過氧化氫的質量為x
2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
68             32
x                            0.32g
$\frac{68}{32}=\frac{x}{0.32g}$
x=0.68g
方案二：（1）氫氣不溶于水，用排水法收集，所以應該是從短管進長管出，排出水的體積就是氫氣體積，所以裝置導管口a、b、c、d的連接順序是：a→c→b→d；故填：c；b；d；
（2）反應結束，冷卻至室溫．燒瓶內(nèi)還留有氣體，對實驗結果沒有影響；故填：沒有；
方案三：（1）鋁和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，該反應的化學方程式：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；故填：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
①實驗中所加的氫氧化鈉溶液應過量，其目的是使鎂鋁合金中的鋁完全反應；故填：使鎂鋁合金中的鋁完全反應；
②剩余固體的質量為金屬鎂的質量，所以鎂的質量為2g，鋁的質量為8g-2g=6g，所以該合金中鋁元素的質量分數(shù)為：$\frac{6g}{8g}×100%$=75%，故填：75%．；

點評 本題屬于信息題的考查，解答本題要掌握合金的含義及其各種合金的組成方面的知識，只有這樣才能對相關方面的問題做出正確的判斷．