Question

18．某研究性學習小組為測定某鋁鎂合金（不含其他元素）中鎂的質量分數，設計了下列兩種不同實驗方案進行探究，請根據他們的設計回答有關問題．
[探究一]實驗方案：稱量x g鋁鎂合金粉末，放在如圖1所示裝置的惰性電熱板上，通電使其充分灼燒．（密封裝置中氧氣足量）
問題討論：
（1）欲計算Mg的質量分數，該實驗中還需測定的數據是鋁鎂合金充分灼燒后的固體質量．
（2）假設實驗中測出該數據為y g，則原鋁鎂合金粉末中鎂的質量分數為$\frac{17x-9y}{2x}$×100%（用含x、y的代數式表示）．
[探究二]實驗方案：稱量x g鋁鎂合金粉末溶于稀硫酸，常溫下測定生成氣體的體積．
問題討論：
（3）同學們擬選用如圖2的實驗裝置完成實驗，你認為最簡易的裝置的連接順序是a接e，，d接g，．接．．（填接口字母，空格不一定填完，不夠可加）．
（4）同學們仔細分析（3）題中連接的實驗裝置后，又設計了如圖3所示的實驗裝置．
①裝置中導管a的作用是便于分液漏斗中稀硫酸順利流出（或平衡分液漏斗與錐形瓶中氣壓）
②反應結束后發現量氣管的液面高于干燥管的液面，此時應如何操作？（待產生H₂恢復至室溫時，）僅將量氣管慢慢下移至液面與干燥管中液面相平
③與圖3裝置相比，用圖2連接的裝置進行實驗時，若不考慮導管中液體體積的影響，測定鋁鎂合金中鎂的質量分數將偏小（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．

Answer 1

分析 探究一實驗原理為：鋁鎂合金粉末與氧氣充分反應生成鎂和鋁的氧化物，根據鋁鎂的質量和氧化后的氧化物的質量通過列方程組法可以求得鎂、鋁的各自的質量，據此計算和分析；
探究二實驗原理為：利用鋁鎂合金粉末與足量的鹽酸反應，測定產生氫氣的體積，根據鋁鎂合金粉末的質量與產生氫氧的總體積列方程組可求得鎂、鋁的各自的質量，
（3）根據實驗原理可知，裝置的組裝順序：合金與稀硫酸反應，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；
（4）①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為了準確測定氫氣的體積，量氣管的液面與干燥管的液面必須水平相齊，如果不等，可以通過調節量氣管的高度使液面水平相齊；
③與圖3裝置相比，用圖2連接的裝置進行實驗時，稀硫酸放入錐形瓶中會使收集到的氫氣的體積偏大，圖3中用了導管a消除了稀硫酸的體積對氫氣體積的影響，據此分析．

解答 解：探究一實驗原理為：鋁鎂合金粉末與氧氣充分反應生成鎂和鋁的氧化物，根據鋁鎂的質量和氧化后的氧化物的質量通過列方程組法可以求得鎂、鋁的各自的質量，
（1）根據上面的分析可知，欲計算Mg的質量分數，該實驗中還需測定的數據是鋁鎂合金充分灼燒后的固體質量，
故答案為：鋁鎂合金充分灼燒后的固體質量；
（2）設鋁鎂合金粉末中鎂的質量a，鋁的質量為b，則根據反應可知產生的氧化鋁的質量為$\frac{102}{54}$b=$\frac{51}{27}$b，氧化鎂的質量為$\frac{40}{24}$a=$\frac{5}{3}$a，則題意得$\left\{\begin{array}{l}{a+b=x}\\{\frac{51}{27}b+\frac{5}{3}a=y}\end{array}\right.$，解得a=$\frac{17x-9y}{2}$，所以原鋁鎂合金粉末中鎂的質量分數為$\frac{a}{x}$×100%=$\frac{17x-9y}{2x}$×100%，
故答案為：$\frac{17x-9y}{2x}$×100%；
探究二實驗原理為：利用鋁鎂合金粉末與足量的鹽酸反應，測定產生氫氣的體積，根據鋁鎂合金粉末的質量與產生氫氧的總體積列方程組可求得鎂、鋁的各自的質量，
（3）根據實驗原理可知，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，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；
（4）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：便于分液漏斗中稀硫酸順利流出（或平衡分液漏斗與錐形瓶中氣壓）；
②為了準確測定氫氣的體積，量氣管的液面與干燥管的液面必須水平相齊，如果不等，可以通過調節量氣管的高度使液面水平相齊，所以如果發現量氣管的液面高于干燥管的液面，可以（待產生H₂恢復至室溫時，）將量氣管慢慢下移至液面與干燥管中液面相平，
故答案為：（待產生H₂恢復至室溫時，）將量氣管慢慢下移至液面與干燥管中液面相平；
③圖3中用了導管a消除了稀硫酸的體積對氫氣體積的影響，與圖3裝置相比，用圖2連接的裝置進行實驗時，稀硫酸放入錐形瓶中會使收集到的氫氣的體積偏大，所以通過計算得到的鋁的質量分數偏大，鎂的質量分數偏小，
故答案為：偏小．

點評 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．