Question

6．含鎂3%～5%的鋁鎂合金，現已成為輪船、化工、機械制造等行業的重要原材料．現有一塊已知質量的鋁鎂合金，欲測定其中鎂的質量分數，幾位同學設計了不同的實驗方案．
實驗設計1：鋁鎂合金$\stackrel{鹽酸}{→}$ 測定生成氣體的體積（標準狀況）
實驗設計2：鋁鎂合金 $\stackrel{NaOH溶液}{→}$ 測定生成氣體的體積（標準狀況）
實驗設計3：鎂鋁合金$\stackrel{鹽酸}{→}$$\stackrel{過量NaOH溶液}{→}$過濾，測定沉淀的質量
回答下列問題：
（1）寫出實驗設計2方案中有關單質鋁的化學反應方程式2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）下列各實驗方案中，能測出合金中鎂的質量分數的是D．
A..實驗設計1   B．實驗設計2   C．實驗設計3    D．都可以
（3）若按實驗設計3進行實驗，將m g鎂鋁合金，溶于過量鹽酸中，再加入過量的NaOH溶液，可得到白色沉淀；將此沉淀洗凈、干燥后，稱得質量為w g．求合金中鎂的質量分數$\frac{12w}{29m}$×100%．

Answer 1

分析 （1）鋁與氫氧化鈉溶液反應生成的氫氣；
（2）實驗設計1：Mg、Al均與鹽酸反應，生成H₂，體現還原性，根據合金的質量和氫氣的體積可求出鎂的質量分數；
實驗設計2：只有鋁與氫氧化鈉溶液反應，生成氫氣，體現還原性，根據合金的質量和氫氣的體積可求出鎂的質量分數；
實驗設計3：Mg、Al與鹽酸反應后，再加入過量NaOH溶液，Mg²⁺生成Mg（OH）₂沉淀，Al³⁺生成NaAlO₂溶液，根據Mg（OH）₂沉淀的質量，可求出鎂的質量分數；
（3）依據元素守恒計算，合金溶于過量鹽酸反應生成氯化鎂、氯化鋁，加入過量氫氧化鈉生成白色沉淀為氫氧化鎂，依據鎂元素守恒計算鎂的質量分數．

解答 解：（1）鋁與氫氧化鈉溶液反應生成的氫氣，反應的離子方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）實驗設計1：Mg、Al均與鹽酸反應，生成H₂，體現還原性，根據合金的質量和氫氣的體積可求出鎂的質量分數；
實驗設計2：只有鋁與氫氧化鈉溶液反應，生成氫氣，體現還原性，根據合金的質量和氫氣的體積可求出鎂的質量分數；
實驗設計3：Mg、Al與鹽酸反應后，再加入過量NaOH溶液，Mg²⁺生成Mg（OH）₂沉淀，Al³⁺生成NaAlO₂溶液，根據Mg（OH）₂沉淀的質量，可求出鎂的質量分數，故答案為：D；
（3）將m g鎂鋁合金，溶于過量鹽酸中，生成氯化鎂、氯化鋁，再加入過量的NaOH溶液，可得到白色沉淀為氫氧化鎂，將此沉淀洗凈、干燥后，稱得質量為w g，鎂元素守恒計算得到n（Mg）=$\frac{wg}{58g/mol}$，合金中鎂的質量分數=$\frac{\frac{w}{58}×24g}{mg}$×100%=$\frac{12w}{29m}$×100%，故答案為：$\frac{12w}{29m}$×100%．

點評 本題考查化學實驗方案的評價，涉及鎂和鋁的化學性質、化學實驗方案的設計，物質含量測定、化學計算等，難度中等，掌握鎂和鋁的化學性質是解題的關鍵．