Question

13．為研究鋅和鋁的金屬活動性，某研究小組進行了如下研究．
（1）小明設計的實驗方案：向表面積相同的鋁片和鋅粒中分別加入鹽酸．寫出鋅與鹽酸反應的化學方程式：Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑．
（2）小芳將去膜和未去膜的鋁片分別放入鹽酸中，發現前者比后者反應快，原因是未去膜的鋁片表面有氧化鋁（氧化膜），氧化鋁先與鹽酸反應．
（3）小芳在（2）實驗中，還觀察到有“灰黑色沉淀”這一異常現象出現．
【提出問題】鋁與鹽酸反應出現的灰黑色沉淀的組成是什么？
【查閱文獻】鋁在顆粒較小時為灰黑色；AlCl₃為無色透明晶體或白色而微帶淺黃色的固體，易溶于水和乙醇．
【提出合理假設】
假設a：該灰黑色沉淀可能含有鋁（或鋁和氯化鋁）；
假設b：該灰黑色沉淀可能含有AlCl₃；
假設c：該灰黑色沉淀可能含難溶于酸的物質．
【設計并完成實驗】取灰黑色沉淀分別講行如下實驗．

實驗編號	實驗操作	實驗現象
①	加入適量稀鹽酸	有微量氣泡，固體全部溶解，得到澄清溶液
②	加入適量蒸餾水	固體部分溶解
③	加入適量無水乙醇	固體部分溶解

【得出結論】由實驗①可判斷假設c不成立（填“成立”或“不成立”），再結合②和③可得出該灰黑色沉淀的成分是鋁和氯化鋁．
（4）你認為（1）中小明的實驗能否比較鋅和鋁的金屬活動性強弱？不能（填“能”或“不能”），分別從設計方法和操作可行性的角度，具體說明理由：小明的實驗方案中未控制金屬的純度，鹽酸的濃度等相關變量應相同，操作中難以做到鋁片和鋅粒的表面積相同．

Answer 1

分析 （1）鋅在金屬活動性順序表中位于氫之前，為活潑金屬，根據活潑金屬可置換出酸中的氫，鋅與稀鹽酸反應可生成氯化鋅和氫氣；
（2）鋁片表面的氧化鋁先與鹽酸反應，反應時生成水和氯化鋁，不放出氫氣；表面氧化鋁反應后，鋁與鹽酸開始發生反應；
（3）【提出合理假設】根據文獻對鋁及氯化鋁的介紹，可猜測黑色固體為未反應的鋁粉或鋁粉與未完全溶解的氯化鈉的混合物；
【得出結論】實驗①出現的固體全部溶解的現象可說明“灰黑色沉淀”全部是可溶解于酸的固體所組成；實驗②和③說明了固體中含有能溶解于水和乙醇的物質，氯化鋁易溶于水和乙醇；
（4）金屬的純度、鹽酸的濃度等相關變量都可能影響到反應的速度，而小明的方案中對此都未做控制，致使影響因素過多而無法得到科學的判斷．

解答 解：（1）活潑金屬鋅與鹽酸發生置換反應，生成氯化鋅和氫氣；
故答案為：Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑；
（2）鹽酸先與鋁片表面的氧化鋁發生反應，待氧化鋁除去后，鋁與稀鹽酸接觸而發生反應；
故答案為：未去膜的鋁片表面有氧化鋁（氧化膜），氧化鋁先與鹽酸反應；
（3）【提出合理假設】鋁的小顆粒呈黑色與反應中出現的“灰黑色沉淀”顏色相近，可猜測灰黑色可能為未完全反應的鋁或是鋁與未完全溶解的氯化鋁的混合物；
故答案為：鋁（或鋁和氯化鋁的混合物）；
【得出結論】實驗①加入適量稀鹽酸固體全部溶解，說明該灰黑色沉淀不含有難溶于酸的物質，即猜想c不能成立；實驗②加入適量的水和③加入適量的乙醇都可觀察到有固體物質被溶解，說明固體中還含有易溶于水和乙醇的氯化鋁，因此，通過三個實驗的探究可判斷沉淀為鋁和氯化鋁的混合物；
故答案為：不成立；鋁和氯化鋁；
（4）對于金屬純度的影響、所用鹽酸濃度的影響等，小明的方案中都沒進行必要的控制且操作中也難以做到鋁片和鋅粒的表面積相同，所以不能據此實驗判斷兩金屬活動性的強弱；
故答案為：不能；設計方法角度：小明的實驗方案中未控制金屬的純度，鹽酸的濃度等相關變量相同；
操作可行性角度：操作中難以做到鋁片和鋅粒的表面積相同．

點評 對于受多種因素影響的實驗，在進行對比實驗時，除所要探究的影響因素外，其它影響因素應控制相同．