Question

12．已知硅不溶于鹽酸．某鋁合金（硬鋁）中含有鎂、銅、硅，為了測定該合金中鋁的含量，設計如下實驗：
（1）稱取樣品ag，稱量使用的儀器名稱為托盤天平、砝碼、鑷子、小燒杯．
（2）將樣品溶于足量稀鹽酸中，過濾，濾渣中主要含有的離子為Al³⁺、Mg²⁺、Cl^-等，濾渣中含有Cu、Si；在溶解、過濾時使用的主要儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（3）往濾液中加入過量NaOH溶液，過濾．
（4）在第（3）步的濾液中通入足量CO₂，過濾，將沉淀用蒸餾水洗滌數次后，烘干并灼燒至重量不再減少為止，冷卻后稱量，質量為bg．有關反應的化學方程式為：H⁺+OH^-═H₂O、Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O、Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓．
（5）計算該樣品中鋁的質量分數的表達式為$\frac{9b}{17a}$．
（6）若第（3）步中加入NaOH溶液的量不足時，會使測定的結果偏低（填“偏高”“偏低”或“不影響”，下同）．
若第（4）步對沉淀的灼燒不充分時，會使測定的結果偏高．
若第（4）步對沉淀沒有用蒸餾水洗滌時，會使測定的結果偏高．

Answer 1

分析 （1）使用托盤天平稱取樣品質量樣品放在玻璃器皿中；
（2）鋁與鹽酸應生成氯化鋁、Mg與鹽酸反應生成氯化鎂，單質硅和銅不能夠和稀鹽酸發生反應，留在了濾渣中；溶解、過濾過程需要儀器有：燒杯、漏斗、玻璃棒；
（3）剩余的鹽酸與氫氧化鈉反應生成氯化鈉與水，氯化鎂與氫氧化鈉反應生成氫氧化鎂沉淀與氯化鈉，氯化鋁與過量的氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與氯化鈉；
（4）過量二氧化碳與偏鋁酸鈉容易反應生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉；
（5）所得沉淀為氫氧化鋁，加熱分解得到氧化鋁與水；氧化鋁中Al元素質量即為合金中Al的質量，進而計算Al的質量分數；
（6）加入氫氧化鈉不足，氫氧化鋁不能全部溶解，最后得到氧化鋁質量減小，測定鋁的含量偏��；若第（4）步對沉淀的灼燒不充分時，得到固體質量增大，沉淀未用蒸餾水洗滌，表面有雜質氯化鈉，氯化鈉對測定結果固體質量增大；

解答 解：（1）稱量固體藥品要用托盤天平（附砝碼）、鑷子、小燒杯，故答案為：托盤天平、砝碼、鑷子、小燒杯；
（2）鋁與鹽酸應生成氯化鋁、Mg與鹽酸反應生成氯化鎂，過濾，濾液中主要含有Al³⁺、Mg²⁺、Cl^-等離子，單質硅和銅不能夠和稀鹽酸發生反應，留在了濾渣中；溶解、過濾過程需要儀器有：燒杯、漏斗、玻璃棒；
故答案為：Al³⁺、Mg²⁺、Cl^-等；Cu、Si；燒杯、漏斗、玻璃棒；
（3）剩余的鹽酸與氫氧化鈉反應生成氯化鈉與水，氯化鎂與氫氧化鈉反應生成氫氧化鎂沉淀與氯化鈉，氯化鋁與過量的氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉與氯化鈉，有關離子方程式為：H⁺+OH^-═H₂O、Al³⁺+4 OH^-═AlO₂^-+2 H₂O、Mg²⁺+2 OH^-═Mg（OH）₂↓，
故答案為：H⁺+OH^-═H₂O、Al³⁺+4 OH^-═AlO₂^-+2 H₂O、Mg²⁺+2 OH^-═Mg（OH）₂↓；
（5）過量二氧化碳與偏鋁酸鈉容易反應生成氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，反應離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
所得沉淀為氫氧化鋁，加熱分解得到氧化鋁與水，反應方程式為：2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3 H₂O，氧化鋁中鋁的質量為bg×$\frac{54}{102}$=$\frac{9b}{17}$g，即為ag合金中Al的質量為=$\frac{9b}{17}$g，故合金中Al的質量分數=$\frac{\frac{9b}{17}g}{ag}$×100%=$\frac{9b}{17a}$，
故答案為：$\frac{9b}{17a}$；
（6）加入氫氧化鈉不足，氫氧化鋁不能全部溶解，最后得到氧化鋁質量減小，測定鋁的含量偏小，對沉淀灼燒不充分，得到固體質量增大，鋁質量分數增大，沉淀未用蒸餾水洗滌，表面有雜質氯化鈉、氯化銨，灼燒氯化銨分解，氯化鈉對測定結果固體質量增大，鋁質量分數增大，
故答案為：偏低；偏高；偏高．

點評 本題考查物質含量的測定、過程分析、誤差判斷，清楚實驗原理是解題的關鍵，是對所學知識的綜合運用，需要學生具備扎實的基礎與運用知識分析問題解決問題的能力．