Question

13．某中學有甲、乙兩個探究性學習小組，他們擬用小顆粒狀鋁硅合金與足量稀硫酸的反應測定通常狀況（約20℃，1atm）下氣體摩爾體積．
（1）甲組同學擬選用如圖甲實驗裝置完成實驗：

①該組同學必須選用的裝置的連接順序是A接E、D接G、空接空（填接口字母，可不填滿）；
②實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，一會兒后稀硫酸不能順利滴入錐形瓶．請你幫助分析原因鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；
③實驗結束時，該組同學應怎樣測量實驗中生成氫氣的體積？待實驗裝置冷卻后，上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，再平視讀取量筒中水的體積，即氫氣在通常狀況下的體積．
（2）乙組同學仔細分析甲組同學的實驗裝置后，認為：稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶內空氣排出，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，使所測氫氣體積偏小．于是他們設計了如圖乙所示的實驗裝置．
①裝置中導管a的作用是：保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，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實驗中準確測得4個數據：實驗前鋁硅合金的質量為m₁ g，實驗后殘留固體的質量為m₂ g，實驗前后堿式滴定管中液面讀數分別為V₁ mL、V₂ mL．則通常狀況下氣體摩爾體積V_m=$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1．

Answer 1

分析 （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，量筒內導管應伸入量筒底部；
②根據鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體使錐形瓶中氣體壓強變大分析；
③保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等是讀取示數的關鍵點，必須滿足量筒中的液面與廣口瓶的液面相平，讀數時一定要平視讀數；
（2）①導管a能夠使錐形瓶和分液漏斗中的壓強相等，據此分析對稀硫酸順利等下的影響及對測定氫氣體積的影響；
②硅鋁合金中，只有金屬鋁可以和硫酸反應產生氫氣，硅和硫酸之間不反應，根據化學反應中量的關系來計算即可．

解答 解：（1）①裝置的組裝順序：合金酸水反應，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鋁與稀硫酸反應產生的氫氣使錐形瓶內氣壓增大，錐形瓶內的壓強大于大氣壓，所以稀硫酸不能順利滴入錐形瓶中，
故答案為：鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；
③實驗結束時，該組同學測量實驗中生成氫氣的體積方法為：待實驗裝置冷卻后，上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，再平視讀取量筒中水的體積，即氫氣在通常狀況時的體積，
故答案為：待實驗裝置冷卻后，上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，再平視讀取量筒中水的體積，即氫氣在通常狀況時的體積；
（2）①裝置中導管a的作用是：保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，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：保持分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，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實驗前鋁硅合金的質量m₁ g，實驗后殘留固體的質量m₂ g，則金屬鋁的質量是m₁-m₂，實驗前后堿式滴定管中液面讀數分別為V₁ mL、V₂ mL，產生氣體體積為（V₂-V₁）ml即產生的氣體物質的量是$\frac{（{V}_{1}-{V}_{2}）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$，根據化學反應原理：
     2Al～3H₂↑
    2        3
$\frac{{m}_{1}-{m}_{2}}{27}$   $\frac{（{V}_{1}-{V}_{2}）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$
解得Vm=$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1，
故答案為：$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1．

點評 本題主要考查物質含量的測定、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．